在信息飞速发展的当今社会,高速、安全的信息传输是人们关注的热点问题之一。传统的保密通信主要采用算法加密技术,其安全性主要依赖于算法的复杂度。随着计算能力飞速提升,算法加密在原理上始终存在被破解的危险。基于物理层的量子密钥分发技术利用量子不可克隆性和测不准原理,具有绝对的安全性,受到国家的大力支持。但是单光子探测器效率和死区时间等技术瓶颈,使其密钥分发速率受限。除此之外,研究者们也在不断探索经典物理层密钥分发技术,主要包括光纤激光器参数随机选择、物理不可克隆函数、信道噪声、混沌同步等方法。光纤激光器和信道噪声密钥分发速率原理上分别受限于腔长和熵源带宽,物理不可克隆函数只能生长定长的静态密钥,均无法满足Gbps分发速率要求。基于混沌同步的密钥分发中,混沌激光器带宽可达数十GHz,是一种宽带混沌熵源。受限于同步键控速率,其密钥分发速率大都低于1 Mbps。此外,外腔反馈半导体激光器由于其结构简单、易操作、易集成等优势被广泛用作混沌熵源,但其产生的混沌信号中具有两个明显的缺陷:时延特征的存在会暴露系统的参数,带来安全隐患;弛豫振荡特征的存在,使其频谱能量占比低,导致其混沌信号的能量利用率偏低。针对上述问题,本论文提出基于色散反馈半导体激光器的混沌同步与密钥分发方案,具体工作及结果如下:（1）对Lang-kobayashi方程修改得到啁啾光栅色散反馈半导体激光器的模型。对啁啾光栅反馈产生的混沌信号的复杂度进行分析。由于光栅的非线性作用,可以得到时延特征被抑制甚至消除的高复杂度混沌信号。研究了参数对排列熵及时延特征的影响。通过对激光器内部参数、外部参数及光栅参数的分析,得到了可以消除时延特征且排列熵值高于0.994的高复杂度参数区域。与镜面反馈结果相比,啁啾光栅反馈下高复杂度参数范围更大。（2）提出一种色散反馈半导体激光器共驱混沌同步方案。采用自发辐射噪声信号作为驱动,驱动两个带有色散反馈的闭环半导体激光器实现了混沌同步。采用色散补偿模块来引入色散。当两个响应激光器之间实现0.963的同步时,驱动信号与响应信号之间几乎没有相关性。通过对两个响应激光器内部参数失配以及色散补偿模块参数失配的分析,表明该系统具有参数失配的鲁棒性。采用双阈值量化的方法,对混沌信号量化处理得到了随机数,并对其随机性进行测试。该方案中较长的同步恢复时间（约为52 ns）将会降低密钥生成速率。（3）提出色散键控同步的密钥分发方案。采用外腔反馈半导体激光器作为驱动,驱动两个开环半导体激光器实现同步。经过啁啾光栅中色散引入的非线性作用,消除了驱动与响应间的相关性,保证了该方案的安全性。采用不同色散值的啁啾光栅作为键控,当实现混沌同步时,将混沌信号经双阈值量化处理后,提取一致密钥。采用开环同步的方式,将同步恢复时间缩短至ps量级,理论上可以实现误码率低于3.8×10-3,速率为1.2 Gb/s的高速密钥分发。