当今社会,伴随技术的不断创新,半导体激光器迎来了巨大的发展前景与机遇。传统型的半导体激光器和辅助元件构成的复杂结构,很难应用于实际所需的光子集成电路上。而纳米激光器的诞生,为突破传统半导体激光器所遇到的瓶颈—大尺寸,并实现光子集成提供了可能性。另外,纳米激光器的高频振荡及响应特性也决定了它在附加自由度后,可以产生优质的混沌光源。然而,目前在纳米激光器领域上的研究,并不如传统半导体激光器那样深入,只简单地分析了光反馈、光注入以及互注入下的动力学行为,以及一些特殊装置下所产生的混沌输出时延信号（Time Delay Signature,TDS）。尽管有一些研究指出了纳米激光器未来的前景,但没有完全提到过基于混沌的相关应用。与此同时,纳米激光器的混沌输出也需要通过各种方式进行优化。除了引用常见的多光路结构外,还可由非线性装置,例如光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）构成外腔,产生滤波光反馈从而提升混沌性能。本文围绕上述问题,对纳米激光器进行建模仿真分析,在阐明其动力学,提升混沌输出特性及实现保密通信方面展开研究。主要研究内容和结论如下:1.外场调控下的纳米激光时延隐藏及不可预测性提升研究从纳米激光器的单模速率方程出发,利用复杂度量化工具—排列熵—先分析了光反馈下纳米激光器混沌输出的不可预测程度,并通过自相关函数表征了时延隐藏效果。接着,将光反馈纳米激光器产生的混沌光源注入到另一个孤立的纳米激光器,探索主从结构下纳米激光器混沌输出的时延特性与复杂度特性。此外,通过绘制在频率失谐及注入强度下的二维复杂度分布图,获取了具备高不可预测度的纳米激光器混沌输出的参数空间。2.光注入纳米激光器实现时延隐藏及混沌同步通信研究进一步探讨光注入纳米激光器的混沌动力学特征,重点关注了注入强度、频率失谐、偏置电流以及唯象参数Fβ的影响。将光注入纳米激光器作为驱动进一步注入到孤立的纳米激光器,以产生的宽带、无时延特征的混沌信号作为双信道通信系统中的载波来加密信息。提出采用纳米激光器和双通道传输技术结合的系统来提升信息传输的速率与安全性,同时也考虑了这些关键参数失配对混沌同步和信息恢复质量的影响。结果表明,所提出的基于纳米激光器光注入的通信方案在广泛的参数范围内能实现时延抑制及增强混沌带宽。这有助于实现高速、高保密的混沌通信。3.FBG光反馈下纳米激光器的混沌动力学优化研究通过修正后的速率方程,对纳米激光器在FBG光反馈作用下所展现出的混沌动态特性进行了数值分析。具体评估了在自发辐射增强因子F、自发辐射耦合因子β、频率失谐、反馈强度、反馈延时、FBG带宽及长度等不同参数下所产生光源的动力学行为及相应的混沌特性。结果表明,在选择中等反馈强度和频率失谐的条件下,FBG光反馈产生的混沌在隐藏时延特征和提高有效带宽方面优于普通镜面反馈。另外,通过这种特殊的滤波光反馈下的动态映射揭示了混沌区域和相应的混沌特性,进一步发现降低Fβ值和增加光纤光栅带宽后,会实现混沌范围的扩大,并在该区域内提取了由色散增加引起的低时延、高有效带宽的混沌信号。