对于传统的Fabry-Perot腔激光器，光子在增益介质中沿任意方向传播。在腔内，只有沿着腔的轴线来回震荡的光子，达到一定的阈值后可以产生激射效应。然而，对于入射方向偏离反射镜腔壁的光子将从腔中耗散出去，从而使得激射效率较低。为了解决上述激光器所面临的缺陷，利用等效折射率为负1的负折射材料和零折射率材料组成一个双层结构作为Fabry-Pérot腔壁。对于此腔，以不同路径入射于腔壁的光子，都可以重新汇聚到原子所在的位置。经过多次正反馈，最终以垂直于腔壁的方向辐射出去，避免了光子在偏离激射方向上的耗散。此外，该腔的聚焦效应与准直效应与原子位置无关。随后，通过二维光子晶体分别实现了由0与-1等效折射率光子晶体组成的反射壁，当在腔中引入增益材料时，可以观察到明显的激射行为。与单个零折射率材料构成的腔相比，该腔的阈值更低，发射强度更大，从而提高了激射的效率。

基于物理过程提出了一个针对混沌激光测距系统的仿真计算模型。该计算模型相对全面地考虑了引起混沌信号退化并造成测距误差的各种因素，包括大气衰减、大气湍流、几何衰减、被测物体的表面法线信息及其双向反射分布函数、多径噪声、环境光噪声、系统热噪声和光电二极管的退化模型等。为了重点探索双向反射分布函数、环境光噪声、多径噪声对基于混沌信号的深度图重建精度的影响，进一步通过将一维离散混沌序列作为探测信号，基于互相关法对合成的深度图进行扫描测距和深度图重建。实验结果表明，本文研究的混沌激光仿真测距系统的深度图重建质量受双向反射分布函数中粗糙度系数的影响并不十分明显，但当粗糙度逐渐增大时，漫反射成分也逐渐增大，此时多径噪声的影响将逐渐显现。此外，该系统能够在一定的环境光噪声强度范围内表现出对环境光噪声较强的鲁棒性，但即使在多径噪声较弱时，其深度图重建质量也会随多径噪声以较快的速率衰减，当多径噪声增强到一定程度时衰减速率才趋于平缓。本文能为实现实际的混沌激光深度图重建系统以及针对影响重建质量的退化因素分析提供参考和依据，并有助于快速高效地构建出基于物理过程且接近于实测环境的混沌激光深度图探测结果数据集。

时间反演具有时空聚焦特征，在许多方面有着潜在的应用。其中，基于时间反演腔的系统是一种主要的反演系统，可用于脉冲压缩、波束成形、微扰探测等。时间反演腔通常是一个电大的微波混沌腔，内部电磁波的传播具有明显的多径特征，即时间色散特征。因此，在时间反演过程中，反演腔可对反演信号进行相位补偿，重构出初始信号，从而在初始位置形成脉冲的时间压缩和空间聚焦。为了拓展时间反演腔的实际应用，本文基于多径信道模型研究腔体参数对反演性能的影响，重点分析路径的衰减特征、串扰特征和叠加特征对反演信噪比的影响，并总结给出影响反演信噪比的主要参数以及基本规律。