全光波长转换器使未来光网络核心器件之一。在密集波分复用(DWDM)光通信网络中扮演重要的角色。基于准相位匹配光波导的级联型全光波长转换技术具有对信号比特率和调制形式完全透明、多波长转换、极低的噪声指数的独特优点,是一种非常有应用前景的光波长转换技术。本文对基于倍频和差频级联二阶非线性效应的全光波长转换技术(SHG+DFG-AOWC)进行了理论和实验研究。主要内容有:(1)介绍了全光波长转换器在未来光通信系统中的重要地位及其作用,并介绍了几种常见的全光波长转换器的基本原理。简单介绍了基于周期性域反转型铌酸锂晶体(PPLN)光波导的全光波长转换的几种实现技术的原理及国内外发展概况。(2)在非线性光学和光波导理论的基础上建立了基于PPLN倍频与差频二阶非线性效应实现的波长转换的理论模型,得到了描述准相位匹配光波导中光波长转换过程的简化的非线性耦合波方程组。并对波长转换过程进行了数值模拟,分析了泵浦光与倍频光能量随光波导长度的变化,波长转换效率与波导长度、泵浦光波长、信号光波长、泵浦光功率、信号光功率、泵浦光脉宽等参数之间的关系,分析了多波长同时转换的可能性以及输出信号的可调谐性能。(3)对基于PPLN倍频与差频二阶非线性效应实现的波长转换进行了深入的实验研究,采用的是自泵浦环形腔结构。验证了波长转换过程,获得了较为理想的单波长转换和多波长转换以及可调谐波长输出的实验结果。