Большую роль в жизни Вавилова сыграл Дмитрий Сергеевич Рождественский (1876–1940). Оптик, еще до Первой мировой войны получивший определенную европейскую известность, академик с 1929 г., он был инициатором создания в 1918 г. Оптического института в Петрограде. К 1932 г. в Государственном оптическом институте (ГОИ) работало уже более 150 человек. Особенностью этого института было тесное сотрудничество с оборонной промышленностью (бинокли, артиллерийские прицелы, впоследствии приборы ночного видения и т. п.) при сохранении высокого уровня чисто академических, фундаментальных оптических исследований. Рождественский пригласил в институт многих талантливых физиков. К сожалению, со временем научный баланс покачнулся, прикладные темы стали теснить фундаментальные, и в 1932 г. не согласный с этим Рождественский, возглавлявший институт с самого его основания, был вынужден уйти с должности директора. Однако он предложил на должность заместителя директора по науке кандидатуру молодого академика С. И. Вавилова, в результате чего институт, по воспоминаниям многих работавших в нем тогда физиков, был фактически спасен: пока Вавилов отвечал за научную сторону работы института (1932–1945), разумное сочетание фундаментальных и прикладных исследований не было нарушено.
В сентябре 1932 г. Вавилов переехал из Москвы в Ленинград, получив наконец отдельную квартиру – на Биржевой линии, рядом с ГОИ.
Не прекращая исследований по люминесценции, Вавилов в ГОИ в 1932 г. вновь принимается за усовершенствование опробованного им в 1920 г. «метода гашения по порогу зрения» с целью фиксации глазом квантовых флуктуаций. Эти и другие подобные опыты по изучению флуктуаций света малых интенсивностей – о них еще будет рассказано чуть подробнее – продолжались до 1941 г. Обобщенный итог данной серии экспериментов Вавилов формулировал в нескольких научно-популярных и философских публикациях как доказательство того, что фотоны можно увидеть собственными глазами.