全光信号处理技术在光域对信息进行操控，可以避免“ 光—电—光”转换过程中的速率瓶颈限制。光学超快非线性效应可以用于实现高速全光信号处理，常用的器件比如高非线性光纤（HNLF）、半导体光放大器（SOA）、硫化砷光波导（As2S3）、硅基光波导中的三阶非线性效应以及周期极化反转铌酸锂（PPLN）光波导中的二阶非线性效应等。
全光开关、全光下路和全光交换是实现未来高速光通信系统所需的关键全光信号处理技术。全光开关利用一路光来“ 开”或“ 关”另一路光，全光下路从多路信道中下载一路信道给本地，全光交换在两路信道之间实现信息互换。这些关键技术已经广泛报道，但针对100 GHz（~ 0.8 nm）频率间隔的波分复用（WDM）系统的全光开关/下路/交换还少有相关研究。100 GHz频率间隔的WDM系统在实际高速大容量光通信网络中应用广泛，因此发展与之相适应的全光开关/下路/交换等全光信号处理技术具有重要意义和潜在应用推广价值。
武汉光电国家实验室光电子器件与集成功能实验室王健教授与美国南加州大学Alan E. Willner教授以及华为公司Hongyan Fu和Dongyu Geng等开展合作研究，实验报道了利用PPLN光波导中的和频（SFG）以及级联和频与差频（cSFG/DFG）非线性效应实现针对100 GHz频率间隔WDM系统的全光开关、全光下路和全光交换等全光信号处理技术。利用PPLN光波导非线性准相位匹配（QPM）过程窄带特性，成功实现了兼容100 GHz国际电信联盟（ITU）网格40 Gbit/s WDM系统的高速全光开关、全光下路和全光交换技术，同时在操作上具有波长和时隙上的可选择性。
该项研究成果被欧洲光通信大会（ECOC，荷兰，阿姆斯特丹）录用，同时发表在Optics Express （vol. 21, no. 3, pp. 3756-3774, 2013）上。相关研究获得了国家自然科学基金优秀青年科学基金（61222502）、国家自然科学基金面上项目（61077051）、新世纪优秀人才支持计划（NCET-11-0182）和华为创新研究计划（YJCB2011061RE）的资助。

图1 全光开关/下路/交换示意图（100 GHz ITU网格）

图2 40 Gbit/s全光交换实验结果（100 GHz ITU网格）