全光波长转换的四种主要机制包括非线性材料中的参量转换、SOA中的参量混频、SOA中的交叉增益调制和交叉相位调制。

　　参量波长转换利用强泵浦光与输入信号光产生新的波长。在四波混频中，两个泵浦光子湮灭，同时产生一个信号光子和一个闲频光子。三波混频则以差频方式产生一个新的波长，然后通过滤波器提取出新的波长（见图）。

　　图 提取出新的波长

　　四波混频波长转换器利用输入信号光和连续的泵浦光，通过非线性效应将信号转换到新的波长，然后利用滤波器将泵浦光和输入信号光滤掉，从而实现波长转换。

　　对更高网络容量的需求推动着全光波长转换技术的进步。对于10Gbit/s的速率，光-电-光波长转换技术可以很好地胜任。虽然光-电-光波长转换器包括接收机和发射机，但技术上的长足的进步，已经使光-电-光波长转换器不但比复杂的全光波长转换器具有价格优势，而且更加简捷、直观。

　　但对于40Gbit/s的速率，光子技术无疑是电子技术最强有力的竞争对手，对于更高速率的光网络，市场开始青睐于光子技术。美国南加州大学的Alan Willner表示：“对于100Gbit/s甚至速率更高的网络而言，利用电子技术实现波长转换将变得相当困难。” 全光波长转换则意味着高速率，目前实验室中的全光波长转换速率已经达到了惊人的320Gbit/s。

　　最近，荷兰爱因霍芬科技大学的研究人员Yong Liu和他的同事利用一个SOA、一个光纤光栅和两个级联光学带通滤波器实现了速率达320Gbit/s的波长转换。输入信号光的平均功率约为4mW，可调谐激光器输出的连续探测光的平均功率约为2mW。输入信号光通过交叉增益调制和半导体折射率的变化，调制连续探测光，并且使输出信号产生波长啁啾。输出信号通过滤波器提取，滤波器的中心波长相对于连续探测光具有蓝移，其目的是将增益恢复时间压缩至1.8ps。输出信号通过延迟干涉仪恢复为原始信号。

　　在今年的CLEO会议上，德国柏林Heinrich Hertz研究院的研究人员Bernd Huettl和他的同事报道了速率达320Gbit/s的波长转换，输入信号光和泵浦光波长分别为1546.5nm和1540.5nm，非线性介质为93mm周期极化铌酸锂波导。整个波长转换分为两个过程：泵浦光倍频产生二次谐波，二次谐波与信号光差频产生波长为1534.5nm的输出信号。该研究小组同时还报道了320Gbit/s差分四相移键控信号和160Gbit/s差分相移键控信号的波长转换。

　　在此次CLEO会议上，丹麦技术大学研究人员Michael Galili和他的同事报道了高非线性光纤中基于交叉相位调制的速率达320Gbit/s的波长转换。他们先将1544nm的连续光和1557nm的信号光耦合到非线性光纤的一端，反向传输的拉曼泵浦光通过拉曼增益提高波长转换效率（见图），信号光通过200m高非线性光纤的功率损失只有0.2dB。

　　图 提高信号的输出功率

　　高非线性光纤中基于交叉相位调制的速率达320Gbit/s的波长转换，通过拉曼放大提高信号的输出功率

　　Huettl 和 Galili在今年的OFC 会议上还报道了他们的联合试验结果：在1100m长的高非线性光纤中利用四波混频实现了320Gbit/s差分四相移键控信号的波长转换。

　　目前，实验室中的高速波长转换技术离实用化还相距甚远。贝尔实验室将波长转换器和激光器集成在一起，可根据特定需求切换到不同的输出波长，但转换速率只有40Gbit/s。对于下一代光网络而言，集成性和可调谐性是两个至关重要的指标。但对于高速运行而言，目前仍然需要在这两者中加以权衡。

　　全光波长转换器走向实用化还存在许多挑战。对于下一代高容量光网络，波长转换将是光交换的一部分，基于波混频的全光波长转换在下一代光网络中具有较大的优势，因为它能够实现完全透明的波长转换，这对于光交换至关重要。在这些波长转换技术中，最终谁将胜出，在一定程度上也取决于网络的体系结构。

　　波长转换器件的应用不只局限于光网络。从更广的视角看，波长转换器相当于一个信号处理器，能够输入、输出和加载控制信号，就如同真空管时代的晶体管和三极管，因此波长转换器将具有更广阔的应用空间。