光交换是光纤通信技术向更高、更快、更经济方向发展的必然趋势，也是下一代网络(NGN，Next Generation Network)中光网络的关键技术。随着密集波分复用(DWDM，Dense Wavelength Divided Multiplexing)光传输技术的成熟并广泛应用，直接在光层实现业务交换的需求越来越迫切，光交换替代传统的电交换受到人们关注，亦被认为是克服电交换速率瓶颈的有效途径。光交换经历了从光波长路由(OCS,Optical Circuit Switching)、光突发交换(OBS,Optical Burst Switching)到光分组交换(OPS,Optical Packet Switching)的发展和演进。 无论是OCS，还是OBS和OPS系统，光交换的关键技术均包括：DWDM技术、光放大技术、突发模式光传输技术、控制信道与信息信道的设计技术、光交换拓扑结构设计技术和光多播交换技术，以及基于服务质量(QoS,Qualit)，ofService)设计光纤延时线(FDL,Fiber Delay Line)、波长变换器(WC，Wavelength Convertor)和偏射路由的调度算法等方面。 光突发交换结构是光交换节点设计的关键，对于DWDM光交换网络，在不同波长数、不同信道数、不同的业务等级、不同丢包率、不同延时及不同的粒度等条件下，光交换节点的波长、缓存、波长变换等相关设计成为最重要的技术。论文针对OBS系统设计了一种新颖的光路与光波长设计方案，这一光路设计的创新点在于选择1310nm波段传输突发包头(BHPs，Burst Head Packets)，采用1550nm波段传输突发包(BPs,Burst Packets)。这一设计与传统设计的BPs和BHPs均采用1550nm波段比较的有如下优点：节约了DWDM信道资源并降低了OBS系统的价格，同时保证了OBS的性能。在此基础之上，完成了4端口8波长光突发交换核心节点结构的设计，并进行了仿真优化。 突发模式光传输是光交换网络物理层光信号传送的必备技术手段。针对光分组或突发分组，光发射机和接收机都有别于传统的连续流数据光收发器。突发模式光传输系统的主要技术指标为：接收灵敏度和动态范围、保护带、前导码和传输速率等，其中，突发模式光接收机是该传输系统的难点。设计了直接调制和间接调制两种突发模式光发射机，在1.25Gb/s速率两种方案均满足系统的技术要求。设计了一种新型的突发模式光接收机，其特征是：具有前馈式复位脉冲信号产生电路、采用可变二极管电容的顶部探测电路、内部延时电路、消除噪声电路，提升了突发模式光接收机的性能。在1.25Gb/s速率下，仿真实现了接收灵敏度优于-26.0dBm、动态范围大于25.4dB、保护带140ns和前导码20ns的传输技术指标。 光多播交换是光网络业务多样化和IP化的关键技术，光网络已经成为网络游戏、远程教育、电子商务、视频会议等业务的重要承载实体，这些新业务对光网络提出了光多播交换的应用需求，它是提高光网络QoS和效率的有力途径。论文提出了基于空分的扇出数可变的光分路器的结构，并由此构建了光多播交换结构，该结构具有损耗低、易于控制、利于实用化的特点。还提出了基于时分复用的光信号复制结构，并由此构建了光多播交换结构，该结构具有光信号时延和幅度可调、易于控制、利于实用化的特点。基于光多播交换技术，提出了两种应用方案。 设计完成了4端口8波长光突发交换实验系统，该系统包括：一个核心交换节点、3个边缘节点和DWDM传输系统。在核心交换节点，交换矩阵由8个4×4光开关组成，具有32×32的光交换能力，同时运用光纤延迟线(FDL)解决OBS的拥塞。采用外调制的突发模式光发射机和交流耦合快速锁相的突发模式光接收机，实现了1.25Gb/s的突发数据包的传输，主要技术参数为：发射平均光功率优于-2dBm、接收灵敏度优于-24dBm、动态范围大于18dB、突发同步时间小于6μs，前导码和保护带均设为6μs。实验结果证明该设计是成功的，实现了OBS系统的功能。