传统的光交换在交换过程中存在光变电、电变光的相互转换，而且它们的交换容量都要受到电子器件工作速度的限制，使得整个光通信系统的带宽受到限制。直接光交换可省去光／电、电／光的交换过程，充分利用光通信的宽带特性。因此，光交换被认为是未来宽带通信网最具潜力的新一代交换技术。对光交换的探索始于上世纪70年代，80年代中期发展比较迅速。
和电交换技术类似，光交换技术按交换方式可分为电路交换和包交换。电路交换又含有空分（SD）、时分（TD）、波分／频分（WD／FD）等方式；包交换则有ATM光交换等方式。其原理、结构特点和研究进展状况如下。
1．空分光交换
空分光交换是由开关矩阵实现的，开关矩阵节点可由机械、电或光进行控制，按要求建立物理通道，使输入端任一信道与输出端任一信道相连，完成信息的交换。各种机械、电或光控制的相关器件均可构成空分光交换。构成光矩阵的开关有铌酸锂定向耦合器、微机电系统MEMS等。
2．时分光交换
时分光交换系统采用光器件或光电器件作为时隙交换器，通过光读写门对光存储器的受控有序读写操作完成交换动作。因为时分光交换系统能与光传输系统很好配合构成全光网，所以时分光交换技术的研究开发进展很快，其交换速率几乎每年提高一倍，目前已研制出几种时分光交换系统。上世纪80年代中期成功地实现了256Mbps（4路64Mbps）彩色图像编码信号的光时分交换系统。它采用1×4铌酸锂定向耦合器矩阵开关作选通器，双稳态激光二极管作存储器（开关速度1Gbps），组成单级交换模块。上世纪90年代初又推出了512Mbps试验系统。实现光时分交换系统的关键是开发高速光逻辑器件，即光的读写器件和存储器件。
3．波分／频分光交换
波分交换即信号通过不同的波长，选择不同的网络通路来实现，由波长开关进行交换。波分光交换网络由波长复用器／去复用器、波长选择空间开关和波长互换器（波长开关）组成。
目前已研制成波分复用数在10左右的波分光交换实验系统。最近开发出一种太比级光波分交换系统，它采用的波分复用数为128，最大终端数达2048，复用级相当于1．2Tbps的交换吞吐量。
4．ATM光交换
ATM光交换遵循电领域ATM交换的基本原理，采用波分复用、电或光缓冲技术，由信元波长进行选路。依照信元的波长，信元被选路到输出端口的光缓冲存储器中，然后将选路到同一输出端口的信元存储于输入公用的光缓冲存储器内，完成交换的目的。 }
