本文致力于偏振移位键控与混沌系统结合的保密通信仿真研究、偏振移位键控(PolSK)接收机的设计与硬件实现。一方面，对PolSK技术进行了深入的研究，寻求PolSK在光混沌保密通信领域的应用；另一方面，深入分析了PolSK调制技术的工作原理，设计出了适合各种PolSK调制信号解调的4DPolSK接收机。 论文的第二章是PolSK技术、数字混沌序列、SOA光纤环混沌的概述。详细阐述了偏振光、偏振移位键控(PolSK)技术的基本工作原理及主要特点；介绍了混沌技术的发展及在通信领域的应用，并详细分析了混沌伪随机序列的产生方法及改进方案；着重分析了强度调制SOA光纤环混沌的调制、解调原理。 第三章主要是基于数字混沌序列的偏振移位键控光保密通信系统设计。首次将数字混沌序列引入偏振移位键控光通信领域，提出了一种新颖的基于多种偏振移位键控与数字混沌序列的保密通信方案，通过仿真实验实现该保密通信系统。仿真结果表明，该保密通信方案切实可行，具有较高的保密性能。基于FPGA实现了系统中最核心的编码与解码芯片，并进行了时序仿真。仿真结果表明，两路混沌序列产生速率超过200MHZ，编码模块与解码模块的最高运行速率分别达到了175.53MHZ与153.44MHZ。 第四章在分析实验室原有二进制强度调制SOA光混沌通信系统的基础上，首次提出了二进制偏振移位键控SOA光混沌通信系统与三进制、四进制SOA光混沌通信系统，并进行了详细的分析与传输仿真实验。分别对二进制偏振移位键控、三进制、四进制SOA光混沌通信系统进行了600MHZ的仿真实验，与原有的二进制强度调制光混沌通信系统进行了比较。仿真与比较结果表明，二进制偏振移位键控、三进制、四进制SOA光混沌通信方案在理论上完全可行且具有良好的保密性，其中三进制、四进制SOA光混沌系统具有更高的传输效率。 第五章主要是4DPolSK接收机的设计、实现与调试。在分析4DPolsK系统工作原理、系统要求的基础上，设计并硬件实现了接收机的光路部分与高速电路部分。设计的光路部分结构简单，成本低廉。高速电路部分采用了全数字化处理思想，将Stokes参数计算与解调计算等处理均在数字域内实现，基于FPGA设计了相关高速算法并进行了时序仿真，仿真结果表明设计的算法完全正确且运行速率达到105.95MHZ。电路测试结果表明第二版的电路成功的克服了布线、电磁干扰、电源等问题，整个接收机初步实现了接收与解调功能。最后一章，作者对整个研究与硬件设计过程作了一个回顾，对偏振移位键控保密通信技术的发展前景以及目前所存在的问题、4DPolSK接收机设计给出作者本人的意见和想法。