当今社会已经进入了大数据时代,人们对于高速、安全的通信系统的要求也在不断提高。传统的保密通信通常采用算法对信息进行加密,其安全性很大程度依赖于算法的复杂度。随着计算机运算速率的飞速发展,算法加密技术原理上存在被破解的风险。因此,基于物理层的保密通信技术一直备受研究关注。量子密钥分发是一种物理层保密技术,它利用量子不可克隆和测不准原理实现加密密钥的安全分发,然而,该技术亟需突破密钥分发速率限制、与传统通信网络兼容等瓶颈。近二十年来,混沌激光保密通信因其高速、兼容现有通信系统等优点而受到广泛关注。由于结构简单、易于集成,混沌收发机多采用光反馈半导体激光器结构。混沌激光保密通信的速率本质上取决于混沌载波的带宽,其混沌载波带宽受限于激光器弛豫振荡频率,进而限制通信速率仅为数Gbps,仍无法满足目前高速光通信的保密需求。许多增强混沌信号带宽的方法相继被提出,但通常会增加混沌收发机系统的复杂度,增加高质量混沌同步的难度。另一种提高信息速率的途径是多维高阶调制,例如光学正交幅度调制。但混沌激光掩藏高阶调制信号,不仅需要强度混沌同步,还需要相位混沌同步。目前,关于半导体激光器相位混沌同步研究仅限于理论数值研究。因此,从实验角度探明激光器相位同步特性,对探索高阶信号混沌保密传输方案具有重要的意义。本论文围绕半导体激光器开环单向耦合系统的相位混沌同步,开展如下两方面主要工作:(1)采用希尔伯特变换提取相位的方法,实验观察到了基于半导体激光器(DFB)开环单向耦合系统的相位混沌同步,并进一步分析了注入强度、频率失谐对相位同步的互相关以及同步误差的影响。结果表明在注入强度大于0.8,频率失谐在-11GHz到4GHz的参数范围内,相位同步性可以达到0.95以上。同时发现相位同步相较于强度同步有着更大的同步范围。(2)实验发现了主、从激光器之间存在混沌相位差的跳变现象。结合理论对主、从激光器相位差的持续时间和跳变值进行了统计分析,并研究同步系统中反馈参数和注入参数对相位同步影响,揭示了主激光器的外腔模式跳变是引起主、从激光器相位差跳变的原因。研究结果表明,主、从激光器在大量的统计特性下是同步的,但在瞬时特征处会存在2πrad以及非2πrad的跳变,导致相位同步不稳定,不利于基于相位同步的信息掩藏。如何稳定相位同步或探究其它其他方式的相位同步,对于基于高阶调制的混沌保密光通信有着重要的指导作用。