隨著通信網(wǎng)傳輸容量的增加，光纖通信技術(shù)也發(fā)展到了一個(gè)新的高度。發(fā)展迅速的各種新業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)的帶寬和容量提出了更高的要求。光纖的巨大頻帶資源和優(yōu)異的傳輸性能，使它成為高速大容量傳輸?shù)乩硐朊劫|(zhì)。隨著WDM技術(shù)地成熟，單根光纖的傳輸容量甚至可以達(dá)到Tb/s的速度。由此也對(duì)交換系統(tǒng)的發(fā)展提供了壓力和動(dòng)力，尤其是在全光網(wǎng)中，交換系統(tǒng)所需處理的信息甚至可達(dá)到幾百至上千Tb/s。運(yùn)用光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)光 交換已成為迫切需要解決的問題。
光交換的優(yōu)點(diǎn)在于光信號(hào)通過光交換單元時(shí)，無需經(jīng)過光電/電光轉(zhuǎn)換，因此不受監(jiān)測(cè)器和調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，可以大大提高交換單元的吞吐量。目前，光交換的控制部分主要通過電信號(hào)來完成，隨著光子技術(shù)的發(fā)展，未來的光交換必將演變成為光控光交換。
1.全光網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其技術(shù)
光網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)大體一致，可以分為光網(wǎng)絡(luò)層和電網(wǎng)絡(luò)層。光網(wǎng)絡(luò)層（光鏈路相連的部分）采用了WDM技術(shù)，使一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)中能傳送幾個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)，并在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間采用OXC，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)光信號(hào)的交叉連接。光網(wǎng)絡(luò)層通過光鏈路和寬帶網(wǎng)絡(luò)用戶接口與局域網(wǎng)（LAN）相連。電網(wǎng)絡(luò)層的ADM為分插復(fù)用器，它把高速STM-N光信號(hào)直接分解成各種PSH支路信號(hào)，或作為STM-1信號(hào)的復(fù)用器。DX可以對(duì)各種端口速率（PDH或SDH）進(jìn)行可控的連接和再連接。
光網(wǎng)絡(luò)層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是環(huán)形、星型和網(wǎng)型等；交換方式可采用空分、時(shí)分或波分光交換。目前國際上實(shí)驗(yàn)的全光網(wǎng)更注重于波分光交換的應(yīng)用。如典型的MONET是有8個(gè)節(jié)點(diǎn)和8個(gè)波長(zhǎng)的WDM環(huán)形網(wǎng)，它采用2．5Gbit/s和10Gbit/s的碼率，系統(tǒng)的最大容量為80Gbit/s。
要在全光網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的透明性、可重構(gòu)性傳輸，必須研究全光傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)：
（1）光交叉連接（OXC）：OXC是全光網(wǎng)中的核心器件，它與光纖組成了一個(gè)全光網(wǎng)絡(luò)。OXC交換的是全光信號(hào)，它在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處，對(duì)指定波長(zhǎng)進(jìn)行互連，從而有效地利用波長(zhǎng)資源，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)重用，即使用較少數(shù)量的波長(zhǎng)，互連較大數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)光纖中斷或業(yè)務(wù)失效時(shí)，OXC能夠自動(dòng)完成故障隔離、重新選擇路由和網(wǎng)絡(luò)重新配置等操作，具有高速光信號(hào)的路由選擇、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)等功能。OXC除了提供光路由選擇外，還允許光信號(hào)插入或分離出電網(wǎng)絡(luò)層，類似SDH中的DXC。
（2）光分插復(fù)用（OADM）：OADM具有選擇性，可以從傳輸設(shè)備中選擇下路由信號(hào)或上 路由信號(hào)，或僅僅通過某個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)，但不影響其它波長(zhǎng)信道的傳輸。OADM在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了SDH中的分插復(fù)用器在時(shí)域內(nèi)完成的功能，且具有透明性，可以處理任何格式和速率的信號(hào)。提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率及可靠性，降低節(jié)點(diǎn)成本，是組建全光網(wǎng)必不可少的關(guān)鍵性設(shè)備。
（3）摻餌光纖放大器（EDFA）：在光纖通信中采用WDM技術(shù)能實(shí)現(xiàn)超大容量、超高速的 光傳輸。而EDFA的商用可以使全光中繼成為現(xiàn)實(shí)。EDFA是80年代末發(fā)展起來的一種新型 光纖放大器，具有增益特性與偏振無關(guān)、數(shù)據(jù)速率與格式透明等特點(diǎn)。它可以對(duì)波長(zhǎng)在1530～1575mm的光信號(hào)同時(shí)放大，在1550mm波段，EDFA的放大增益可達(dá)30～40dB。它結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，與光纖耦合方便，而且連接損耗小�？捎糜�100個(gè)信道以上的密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)中的光圖像信號(hào)分配系統(tǒng)、空間光通信、以及用于研究非線性現(xiàn)象等。是目前光放大技術(shù)的主流，它能簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低傳輸成本，增加中繼距離，提高光信號(hào)傳輸?shù)耐该餍�，是�?shí)現(xiàn)全光網(wǎng)的關(guān)鍵器件。
2.光交換技術(shù)
光電交換：原理是利用光電晶體材料（如鋰鈮和鋇鈦）的波導(dǎo)組成輸入輸出端之間的波導(dǎo)通路。兩條通路之間構(gòu)成Mach-Zehnder干涉結(jié)構(gòu)，其相位差由施加在通路上的電壓控制。當(dāng)通路上的驅(qū)動(dòng)電壓改變兩通路上的相位差時(shí)，利用干涉效應(yīng)將信號(hào)送到目的輸出端。這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)1×2和2×2的交換配置，特點(diǎn)是交換速度較快（達(dá)到ns級(jí)），但它的介入損耗、極化損耗和串音較嚴(yán)重，對(duì)電漂移較敏感，通常需要較高的工作電壓。
光機(jī)械交換：通過移動(dòng)光纖終端或棱鏡將光線引導(dǎo)或反射到輸出光纖，原理十分簡(jiǎn)單，成本也較低，但只能實(shí)現(xiàn)ms級(jí)的交換速度。
熱光交換：采用可調(diào)節(jié)熱量的聚合體波導(dǎo)，由分布于聚合堆中的薄膜加熱元素控制。當(dāng)電流通過加熱器時(shí)，改變了波導(dǎo)分支區(qū)域內(nèi)的熱量分布，從而改變折射率，這樣可以將光耦合從主波導(dǎo)引導(dǎo)至目的分支波導(dǎo)。這種光交換的速度可達(dá)μs級(jí)，實(shí)現(xiàn)體積也非常小，但介入損耗較高、串音嚴(yán)重、消光率較差、耗電量較大、并需要良好的散熱器。