全光波长转换器是自动交换光网络中波长级交换的关键光电子器件。在众多实现全光波长转换的方案中,基于半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制型波长转换器研究的最为成熟也最具实用化前景,具有结构简单、转换效率高和转换波长范围宽等优点,但存在的主要问题是输出消光比退化,尤其是向上转换时退化更严重。本文在国家高技术研究发展计划(863-2002AA312160)和武汉市科技攻关光通信专项(2002100513013)项目的资助下,采用单端SOA 来实现交叉增益调制型波长转换,在解决输出消光比退化的同时,又保持了其他方面的优点。论文对基于单端SOA 的交叉增益调制型波长转换器进行了深入的理论和实验研究,研究成果主要包括以下几个方面: (1)分析了全光波长转换器的研究意义,概括了全光波长转换器的实现方案。(2)建立了单端SOA 全光波长转换器的理论模型。首先分析了几种不同的静态数值模型,包括忽略ASE 噪声的静态模型和考虑ASE 噪声和端面反射的静态模型,然后建立了单端SOA 的动态模型,最后建立了分析SOA 的动态增益的解析模型。这些模型的建立为单端SOA 的参数优化设计奠定了基础。(3)以SOA 理论分析模型为基础,从理论上分析单端SOA 波长转换器的输出性能,主要包括输出消光比特性、啁啾特性、转换效率和增益恢复特性,研究这些性能指标和探测光功率、平均泵浦光功率、波长间隔、注入电流、后端面反射率和放大器长度之间的关系。比较了单端SOA 波长转换方案和普通SOA 方案的输出性能,结果表明:通过参数的优化选择,单端SOA 方案能获得更好的输出性能。(4)实验研究了单端SOA 波长转换器的输出特性。测试了单端SOA 的性能指标,分别验证了10Gb/s 和20Gb/s 速率下的波长转换。分析了不同条件下的10Gb/s 波长转换输出特性,实验结果与理论计算结果相吻合。针对20Gb/s 速率下的波长转换,分析了码型效应产生的原因。进行了转换信号在100km 光纤线路中的传输实验,分析了传输特性。