近年来,随着科学技术的飞速发展,足不出户就可以拥抱世界、精彩生活。比如,获取全世界正在发生的事、居家远程学习和办公、可以看直播、在家就可以购物点餐买菜等等。伴随着人们越来越高的通信网络需求,通信网络在超高速、大带宽、超远距离的方向上不断取得突破。此外,当今社会获取信息的方式也多种多样,各类信息铺天盖地的展现在我们面前,在使我们的工作生活丰富便捷的同时,国家、企业、个人的信息安全也严重收到威胁。信息安全问题是信息化时代必须解决的首要问题,只有信息安全得到保障之后,信息化时代的发展才会越来越高质量。激光混沌通信由于其隐蔽性好、大容量和耗电低等特点受到人们的广泛关注。其不仅可以构建超高速、大带宽的通信网络,还可以解决信息安全问题,俨然成为一种新兴的安全高速光通信技术。半导体激光器作为激光混沌系统中常用的光源之一,被学者们高度重视,其中,垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting laser:VCSEL）与其他常规半导体激光器相比具有一些明显的优势,例如功耗低,阈值电流低,易于集成到大面积阵列中,单纵模输出以及成本低廉,具有丰富的偏振特性等优点,而被重点关注和研究。本论文立足于安全光通信领域中的关键痛点和国内外前沿研究热点,围绕着将无源器件光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings:FBG）引入到VCSEL互耦合系统中,研究其产生的多路混沌输出信号的时间延迟信息特性（Time Delay Signature:TDS）。我们定义自相关函数（Autocorrelation Function:ACF）曲线中的次峰值为σ,用来量化TDS隐藏效果。此外,本文还将产生的多路低时延混沌信号应用于产生高速物理随机数。此系统结构简单、低功耗,在安全光通信系统具有潜在的应用价值,并将有助于高速物理随机数的产生。主要工作如下:1、数值研究了受FBG反馈的互耦合VCSEL系统（FMC-VCSELs）的时延特性,并与传统的互耦合VCSEL系统（MC-VCSELs）作对比。详细讨论了FBG的耦合系数、两个VCSEL之间的频率失谐、偏置电流、注入强度这些参数对两个系统输出混沌信号TDS隐藏效果的影响,结果表明,在相同的情况下,FMC-VCSELs系统比MC-VCSELs系统的TDS隐藏效果更好。2、实验研究了引入公共FBG反馈的互耦合VCSEL系统（FMCEC-VCSELs）的时延特性。首先,我们测量了传统的互耦合VCSEL系统（MCEC-VCSELs）中两个VCSEL之间频率失谐不同时σ的变化曲线,发现MCEC-VCSELs系统中仅改变两个VCSEL之间的频率失谐并不能很好的隐藏TDS。接着,我们测量了两个系统中σ值随注入强度变化的曲线,结果表明:在相同的注入功率下,FMCEC-VCSELs系统的TDS隐藏特性明显好于MCEC-VCSELs系统。除此之外,我们进一步测量了FMCEC-VCSELs系统中FBG与VCSEL之间不同频率失谐时σ值的变化曲线图,结果表明,当VCSEL的主偏振态位于FBG的主瓣边缘时,可以最好地抑制TDS。3、由于FMC-VCSELs和FMCEC-VCSELs系统均能产生低时延混沌信号,我们将这两个系统应用于产生物理随机数。在FMC-VCSELs系统中,提出了一种新颖的后处理方式,即对VCSEL的两个偏振分量的数字化延迟差之间进行异或操作,最后生成具有333.2 Gbit/s速率的已验证随机性的双通道物理随机数。在FMCEC-VCSELs系统中,通过选取5位最低有效位的简单后处理方式,以800 Gbit/s（2×5-LSBs×80 GHz）的速率实现了具有验证性的双通道物理随机数。