随着信息技术的高速发展,人们对安全可靠的通信技术和高效的信息处理速率的需求日益迫切。由于光学器件和光子技术的蓬勃发展,使得安全光通信系统和光信息处理技术迎来了新的机遇。新型半导体纳米激光器由于体积小、高性能、速度高、易集成等优点,所以该器件在光子集成电路与系统芯片技术发展方面具有潜在的应用价值。因此,本文重点研究了关于新型半导体纳米激光器的时延特性以及结合神经网络的储备池计算系统。主要通过以下三个方面展开研究:1、提出了双路径混沌光注入新型半导体纳米激光器的混沌系统,建立了该系统的数学模型,利用自相关函数分析对比了主纳米激光器和从纳米激光器输出的混沌信号的时延特征,发现从纳米激光器的时延隐藏性能更好。通过提取自相关函数峰值,量化分析了反馈速率、注入速率、频率失谐等系统参数和纳米激光器特有的Purcell腔体增强的自发辐射因子和自发辐射耦合因子对时延特征的影响,给出了时延特征被抑制时可控参数的最大取值范围。2、研究了基于新型半导体纳米激光器单向环型网络的混沌信号时延特性,建立了该方案的速率方程,利用提取自相关函数峰值,数值化研究了系统参数和内部参数分别对系统输出的混沌信号时延特征隐藏的影响,进而确定了参数的最优取值范围。结果发现该结构可以成功地隐藏系统中所有新型半导体纳米激光器输出的混沌信号的时延特征,进一步改进了双路径混沌光注入纳米激光器的时延隐藏性能。3、本文对新型纳米激光器进行了扩展性探索,研究了基于相位共轭反馈的新型纳米激光器储备池计算系统的时间序列预测性能。通过引入电流调制对速率方程进行修正,分别建立了单时延相位共轭反馈和双时延相位共轭反馈的数学模型。利用归一化均方误差定量分析了反馈速率、反馈时延及Purcell腔体增强的自发辐射因子和自发辐射耦合因子等可控参数对两种储备池计算系统预测性能的影响。对比发现,由于双时延相位共轭反馈系统的非线性动力学增强,所以该储备池计算系统的预测性能比单时延相位共轭反馈系统的预测性能更好,并得到了两种系统在实现良好的预测性能时相关参数的取值范围。