混沌信号凭借其具有极宽的频谱、不可预测和类噪声的特点,结合光纤的低衰减,在保密通信中用做信息传输的载频,以此实现单向和双向信息传输,近年来吸引了广大学者的注意,并且最近几十年内得到了迅猛发展。作为非线性动力学理论在通信领域内的一个非常重要的应用,其理论逐步趋于完善。混沌通信的实现在于接收机和发射机之间的混沌同步,以及对抗外部扰动的鲁棒性,这是指一旦接收机与发射机同步后,接收机的混沌动力不受发射机扰动的影响,这样外部离散扰动下,接收机的混沌动力就在与发射机的同步与失步之间进行跃变,这样通过检测他们的同步误差就可以恢复发送的信息。对光混沌通信而言,混沌通信的安全性主要依赖于激光器外部与内部参数的匹配,内部参数如载流子寿命、线宽增强因子等变化范围小,容易猜中,外部参数如反馈时间延迟,如果它在自相关系数中不能被提取,就能隐藏起来,窃听者也就不能恢复发射机的混沌动力,这样保证了系统的安全,基于此,本文在前人对混沌通信和激光混沌理论的研究基础上,从系统的保密性入手,用不同的方法来隐藏系统中的延时信息,主要工作和成果如下:(1)首先,本文通过对一种改进的电光相位混沌系统进行了数值研究,该系统能够隐藏时延并允许信息的单向传输。该结构包括两个级联延迟环路,其中一个环路中的级联耦合微谐振器(PCMR)导致频率相关的群延迟。利用最大Lyapunov指数(LLE)、L-Z复杂度(LZC)和排序熵(PE)来分析时间序列中的混沌行为和复杂度,绘制自相关函数(ACF)和延迟互信息(DMI)来提取时间延时签名(TDS)。结果表明:从LLE、LZC和PE的结果图中可以看出,在一定的反馈强度范围内,可以产生高度复杂的相位混沌。从图中还反映出,在反馈强度一定的情况下,随着PCMR数量的增加,TDS的隐藏效果变得非常好。数值仿真结果还表明,延迟混沌系统具有很好的同步性能,并且同步状态具有良好的鲁棒性。此外,基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)的相干性,能够将发送端和接收端的相位变化转化为相应的强度变化,从而可以监测两个混沌序列的同步误差。最后,系统能够成功地恢复出发送端传输的消息。在该方案中,隐藏了反馈TDS,防止了窃听者的窃听,保证了混沌通信系统的安全性。(2)然后,本文提出并从理论上研究了一种结合了全光强度混沌和光电相位混沌发生器实现双向保密通信的新体系结构。该结构包括三个全光混沌半导体激光器和两个相同的相位混沌电光延迟振荡器,激光器和光电相位延迟振荡器组成级联系统。通过利用LLE、LZC、PE和分形计盒维数(FBCD)等分析方法研究了系统产生的混沌时间轨迹的复杂性。通过计算ACF和DMI来分析系统的TDS隐藏性能。同时,还研究了TDS、偏置电流、线宽增强因子等参数的不匹配对同步性能有影响。最后,研究了信息比特率和调制指数的变化对系统通信性能的Q因子的影响。结果表明:从计算LLE、LZC、PE和FBCD的结果中可以看出,当激光器的偏置电流在一定范围内,级联系统可以产生比较高复杂度的混沌信号。并且,从ACF和DMI中可以看出,当激光器输出的强度混沌输入相位调制器中时,光电相位振荡环中的TDS信息能够被很好地隐藏,这使通信系统的安全性得到了保障。当参数是匹配的情况下,延迟混沌动力可以完全同步,系统的同步具有良好的鲁棒性。同时,比特率和调制指数的变化对系统的Q因子有一定影响,即调制指数的增加会导致Q因子的增加,但比特率的增加会导致Q因子的下降。综上所述,本论文从激光混沌通信系统的模型出发,提出了两个基于延时隐藏的激光混沌通信系统,并且从理论与数值分析、延时隐藏性能、复杂度分析、同步性能与鲁棒性分析、信息传输等方面进行了研究。得到的主要结论有:通过对带有色散效应引起的与频率相关延时的PCMR器件的通信系统的分析,系统能够很好地对TDS进行隐藏,具有出色的安全性能、较高的复杂度以及良好的同步鲁棒性,能够实现高速率的单向数据传输;通过对含有半导体激光器和光电相位振荡环所组成的级联系统的分析,系统具有较高的复杂性及分形维,能够很好地将电光振荡环中的TDS进行隐藏,有着良好的同步鲁棒性和较高的通信Q因子,能够实现高速率的双向信息通信。本论文是作者对激光混沌通信研究作的进一步创新和发展,能丰富与完善激光混沌通信的理论和应用,对于推动激光混沌通信的早日实现有着非常重要的现实和长远意义。