大数据时代,高速信息安全传输给保密通信提出了新的要求,各种加密技术相继被提出。基于物理层的加密是一种保证信息安全的重要技术,能有效缓解当今算法加密带来的安全隐患。最具代表性的物理层加密是量子保密通信,它提供了一种绝对安全的保密通信,但受到通信距离及其对量子器件严格要求的限制,亟需在通信速率以及现行通信系统兼容方面寻求突破。混沌保密通信由于具有硬件加密、可高速长距离传输及与现行通信系统兼容等优势被广泛关注。此外,基于混沌激光同步和混沌密钥提取的高速密钥分发也得到了深入研究。在混沌保密通信和混沌密钥分发中,移位键控是一种重要的混沌状态键控方式。在键控过程中,混沌同步状态被随机切换,仅在键控状态相同时,通信双方才能从同步混沌波形中解调传输信息或提取一致的随机密钥。除激光器参数匹配保障安全性之外,混沌移位键控进一步提高了密钥分发的安全性。但是,需要指出的是,在键控过程中同步状态将被随机切换,而不同步与同步的切换过程中需要一定的恢复时间。混沌同步恢复时间限制了移位键控速率,即限制了基于移位键控的保密通信和密钥分发速率。针对混沌同步恢复时间问题,本论文主要开展了以下工作:1.基于垂直腔面发射激光器的自旋反转模型,数值研究了垂直腔面发射激光器在单向开环注入锁定同步下的混沌同步恢复时间,探明了系统注入参数和激光器参数对混沌同步恢复时间的影响,得到对同步恢复时间产生显著影响的关键参数,主要包括注入速率和频率失谐,以及激光器的自身参数包括偏置电流、载流子衰减速率、光场衰减速率、增益系数、线宽增强因子。2.将连续光注入垂直腔面发射激光器,分析其弛豫振荡周期和锁定时间的变化规律,得到弛豫振荡周期、锁定时间与同步恢复时间的内在联系,从弛豫振荡周期和锁定时间角度,解释了混沌同步恢复时间变化的物理机制。初步明确缩短同步恢复时间的三种途径:增加激光器偏置电流、微分增益系数,或减小光子寿命、载流子寿命缩短弛豫振荡周期;减小线宽增强因子;增加注入强度、减小频率失谐,实现强注入锁定。3.基于随机相位反馈垂直腔面发射激光器密钥分发系统的理论模型,通过对响应激光器的反馈相位进行随机调制实现混沌同步状态的随机切换,利用短时互相关计算混沌同步恢复时间,理论证实垂直腔面发射激光器相较于边发射激光器具有更短的同步恢复时间,为提升密钥分发速率奠定了基础。