1992-1996年攻讀博士學位期間從事半導體量子阱超短雷射脈衝雷射器的製備與超短雷射脈衝特性的研究；自1996年起在日本工作10年，回國前任大阪大學特聘教授，主要研究方向是探索先進的光子學、光電子技術尤其是飛秒雷射微納加工技術在信息光子元件、微電器件、微納機械和生物製造等領域的套用。在Nature、Adv. Polymer Sci.、Adv. Mater.、Phys. Rev.、 Appl. Phys. Lett. 和Opt. Lett.等國際期刊上發表論文60餘篇，被SCI論文引用1200餘次,上述論文中被Nature、Science和Laser Focus World 等雜誌專文介紹30餘篇次，30餘次做國際會議主題報告和特邀報告。由於其微納雷射製造領域的開創性工作，得到了日本科學技術事業振興事業團的21世紀先驅研究計畫項目(相當於中國的國家傑出青年計畫)的 資助，建立了專門進行微納雷射製造的孫實驗室；2002年，由於他 在“多光子納米加工”方面的開創性工作，獲得日本光科學與技術財團的顯著貢獻獎；該獎面向日本全國，每年評選一至二人。申請者與日本東北大學的另一研究者，因各自在不同領域的研究同時獲獎；2006年，他以吉林大學教授的身份獲日本文部大臣表彰-青年科學家獎。
孫洪波教授是長江學者特聘教授，國家傑出青年基金獲得者，清華大學精儀系光電工程研究所長聘教授。目前主要從事利用超快光譜技術研究太陽能電池、有機發光器件和低維量子體系的光電和電光轉換動力學；利用超快雷射微納加工技術製備微光學、微電子、微機械、微流控、微光電、感測、生物和仿生結構與器件，探索其工業與國防前沿套用。圍繞上述研究內容，孫洪波教授發表SCI論文350餘篇，被SCI論文引用12000+次，H因子55；其研究結果被Nature、Science和Laser Focus World 等雜誌專題介紹100餘篇次，100餘次國際會議Plenary、Keynote和Invited報告。
代表性論文：Kawata, S., H. B. Sun, et al. (2001). "Finer features for functional microdevices - Micromachines can be created with higher resolution using two-photon absorption." Nature 412(6848): 697-698.
孫洪波