Відділ 33 бере свій початок від створеної у 1955 році лабораторії поглинання радіохвиль (ПРХ), яку очолив О.Я. Усиков. Лабораторія складалась із трьох груп. Група І. Х. Ваксера досліджувала поширення міліметрових радіохвиль у поглинаючих середовищах, група Г. Я. Левіна розробляла генератори міліметрових хвиль для такого роду досліджень, а група Г. С. Михайлова розробляла катоди та поглинаючі навантаження. У цю епоху у лабораторії ПРХ було створено клинотрон – генератор міліметрових хвиль нового типу.
Надалі лабораторії інституту було перетворено у відділи.

Відділ ПРХ, який очолював О. Я. Усиков, відрізнявся від інших відділів однією характерною рисою: його структура і тематика були дуже динамічними. Усиков охоче підтримував нові починання, що звичайно виходили від молодих співробітників. Таких співробітників він часто брав під свій захист і створював для них групу у своєму відділі. Коли група досягала успіху та ставала міцною, вона через деякий час могла виділитись із відділу у самостійний підрозділ.

Так виникли відділи біофізики, лабораторія низькотемпературної плазми, лабораторія квантової електроніки та лабораторія обробки зображень. На сьогодні відділ О.Я. Усикова називається «Відділ квантової електроніки та нелінійної оптики» і складається з трьох груп: квантової електроніки, обробки зображень та нелінійних явищ.

Група обробки зображень працює над розробкою методів формування та обробки зображень, отриманих у процесі наукових досліджень.

Група нелінійних явищ працює над вивченням нелінійних явищ у деяких оптичних системах та в електронних приладах НВЧ.

У 1956 р. у відділі було створено клинотрон – різновид широкодіапазонної лампи зворотної хвилі міліметрового діапазону з підвищеним ККД. У 1960 р. було сформульовано метод Крилова-Боголюбова-Митропольського для слабонелінійного хвильового рівняння в хвилеводі. В 1962 р. було запущено перший у Харкові лазер на рубіні, а у 1963 р. запущено лазер на ніодимовому склі. У 1964 р. було побудовано кінетичну теорію лазера на робочій речовині з випадковими неоднорідностями показника заломлення. У 1966 р. було побудовано теорію оптимального накопичення сигналу у режимі рахунку фотонів при світлолокації астрономічного об’єкта. У 1967 р. було вперше в Харкові отримано генерацію на розчинах барвників. У 1970 р. було введено до ладу когерентно-оптичну установку для аналізу та фільтрації зображень.