傳統的光交換在交換過程中存在光變電、電變光的相互轉換，而且它們的交換容量都要受到電子器件工作速度的限制，使得整個光通信系統的帶寬受到限制。直接光交換可省去光／電、電／光的交換過程，充分利用光通信的寬帶特性。因此，光交換被認為是未來寬帶通信網最具潛力的新一代交換技術。對光交換的探索始于上世紀70年代，80年代中期發展比較迅速。
和電交換技術類似，光交換技術按交換方式可分為電路交換和包交換。電路交換又含有空分（SD）、時分（TD）、波分／頻分（WD／FD）等方式；包交換則有ATM光交換等方式。其原理、結構特點和研究進展狀況如下。
1．空分光交換
空分光交換是由開關矩陣實現的，開關矩陣節點可由機械、電或光進行控制，按要求建立物理通道，使輸入端任一信道與輸出端任一信道相連，完成信息的交換。各種機械、電或光控制的相關器件均可構成空分光交換。構成光矩陣的開關有鈮酸鋰定向耦合器、微機電系統MEMS等。
2．時分光交換
時分光交換系統采用光器件或光電器件作為時隙交換器，通過光讀寫門對光存儲器的受控有序讀寫操作完成交換動作。因為時分光交換系統能與光傳輸系統很好配合構成全光網，所以時分光交換技術的研究開發進展很快，其交換速率幾乎每年提高一倍，目前已研制出幾種時分光交換系統。上世紀80年代中期成功地實現了256Mbps（4路64Mbps）彩色圖像編碼信號的光時分交換系統。它采用1×4鈮酸鋰定向耦合器矩陣開關作選通器，雙穩態激光二極管作存儲器（開關速度1Gbps），組成單級交換模塊。上世紀90年代初又推出了512Mbps試驗系統。實現光時分交換系統的關鍵是開發高速光邏輯器件，即光的讀寫器件和存儲器件。
3．波分／頻分光交換
波分交換即信號通過不同的波長，選擇不同的網絡通路來實現，由波長開關進行交換。波分光交換網絡由波長復用器／去復用器、波長選擇空間開關和波長互換器（波長開關）組成。
目前已研制成波分復用數在10左右的波分光交換實驗系統。最近開發出一種太比級光波分交換系統，它采用的波分復用數為128，最大終端數達2048，復用級相當于1．2Tbps的交換吞吐量。
4．ATM光交換
ATM光交換遵循電領域ATM交換的基本原理，采用波分復用、電或光緩沖技術，由信元波長進行選路。依照信元的波長，信元被選路到輸出端口的光緩沖存儲器中，然后將選路到同一輸出端口的信元存儲于輸入公用的光緩沖存儲器內，完成交換的目的。 }
