随着非线性科学的发展,因为混沌信号具有复杂的运动轨迹和不可预测性,同时由于光纤带宽巨大,近年来基于半导体激光器的混沌通信日益受到研究者的广泛关注,利用混沌同步实现保密通信逐渐成为信息安全领域研究热点。混沌光通信的物理基础是混沌的同步,以及对抗外界干扰的非线性混沌动力学的鲁棒性,即一旦收发双方的接收机同步到发射机后,接收机的混沌动力学不受发射机中的扰动影响,这样通过检测双方的同步误差就能实现发送信息的恢复。这种光混沌通信的安全性主要来自于,收发双方的激光器内部参数(非线性增益、线宽增强因子、光子寿命等)与外部参数(反馈时间延迟量等)需要高度一致,这种参数就相当于为通信双方提供了一种密钥,保证通信安全的实现。因此,在系统同步的基础上不仅需要兼顾同步的鲁棒性,设计适宜的混沌同步系统,还要保证这种同步具有良好的鲁棒性,这样不仅能降低误码率,还是实现混沌保密通信的关键。本论文基于混沌同步的原理,根据生成混沌的不同方式设计了三种混沌保密通信方案。接着,利用上述不同类型的混沌系统,研究了系统的非线性混沌动力学效应,分析了系统同步的鲁棒性,并仿真实现了双向通信,进一步验证了所述方案的有效性。本文的主要工作和研究成果如下:1)设计了基于光反馈的混沌半导体激光器点到多点信息传输和环网的双向通信系统模型;2)设计了具有延时光电反馈和光电耦合混沌半导体激光器的双向通信系统模型;3)设计了一种具有光电反馈和耦合的混沌半导体激光器多址信息双向传输系统模型。首先,给出了系统的理论模型和速率方程,分析了系统的混沌动力学特性;接着,讨论了混沌信息传输系统的同步特性,在此基础上,讨论了加入外界扰动后该同步的鲁棒性;再者,数值仿真模拟了系统的混沌信息传输过程;最后,通过眼图衡量了信息传输性能。结果表明:1)通过求解速率方程,绘制了系统的分岔图、Lyapunov指数图、Lempel-Ziv复杂度图,研究了系统的混沌动力学特性,表征系统可以产生具有较高复杂度的混沌信号。2)通过数值仿真研究了系统的同步特性,绘制了同步图、互相关系数图、吸引子图;在非理想情况下研究了系统的鲁棒性,利用一个方波信号调制偏置电流作为系统中增加的外部扰动,发现当加入微扰后,系统的接收端和发射端将处于失步状态;微扰消失时,接收和发射端可以瞬间恢复同步,可以利用该研究证明论文所述方案具有较好的鲁棒性。3)接着,进行了保密通信仿真,通过监测收、发各激光器对之间的同步误差(例如:在激光器k处P_k-P_n),并与本地信号进行运算(例如:mk-[P_k-P_n],mk为激光器k处的本地信号)发送的信息(m_n,激光器n处的输入信号)就能被解密。通过眼图验证上述通信方案的有效性,结果证明上述系统能很好地实现混沌通信。同时在安全方面,窃听者难以实现信号的解密,因此系统具备优良的安全性能。4)多址通信系统中需要再根据路由需要进行波长转换,利用波分复用器对多路信号进行复用和解复用。综上所述,本论文从半导体激光器的混沌理论出发,对各种方案中的混沌动力学进行了深入的研究,得到的主要结论概括为:反馈强度的大小决定了系统的非线性动力学状态,当其值超过某一阈值时,分岔图与正的Lyapunov指数表明系统能进入混沌状态;产生的混沌信号具有较高的复杂度;收发双方的激光器系统的混沌同步具有较好的鲁棒性;参数失配对混沌同步有一定的影响;本文所提出的方案能很好地实现双向通信以及多址双向通信,这些研究能为保密通信的设计提供更多的思路和方法、丰富混沌保密通信系统的理论、推进通信系统的实用。