针对人们对高速、长距、大容量通信和信息安全的迫切需求，结合当前科研进展，概述了基于高速混沌光的保密通信系统现状与关键技术，重点介绍了高速混沌光通信的研究进展，主要包括提升混沌光系统带宽和安全性、高阶信号调制编码技术以及基于深度学习的神经网络。最后对高速混沌光保密通信的发展进行了展望。

外腔反馈半导体激光器产生的混沌具有明显的弛豫振荡特征,低频段能量过低,限制了混沌光时域反射仪(OTDR)的动态范围。提出了一种光纤环结构,用以增大混沌OTDR的动态范围。通过实验和数值模拟,发现混沌光经过光纤环时会发生多光束干涉,并通过延迟自拍频效应提高了混沌信号低频段能量。实验测量结果表明:在200 MHz探测带宽下,基于光纤环的混沌OTDR动态范围增大了5 dB。

基于自旋反转模型(SFM),理论研究了双混沌光注入时偏振混沌信号的带宽特性。研究结果表明,与单混沌光注入方式相比,双混沌光注入方式可减弱注入锁定效应,垂直腔面发射激光器(VCSEL)可在注入强度和频率失谐参数空间的更大范围内获得偏振宽带宽混沌信号。对于给定的注入强度,当双混沌光的两个频率失谐绝对值同为较大值时,系统更易产生宽带宽的偏振混沌;对于给定的频率失谐,系统可在两个注入强度参数空间的特定区域内实现宽带宽混沌输出,且正的频率失谐条件更有利于该区域的扩展。

本文构建了m-光子增混沌光场,利用有序算符的积分技术导出了归一化常数,及其在振幅衰减通道中的衰减规律。我们求出了m-光子增混沌光场经振幅衰减后的密度算符,及其平均光子数随时间指数衰减的公式。

基于两个弱谐振腔法布里-珀罗激光器, 提出并实验研究了一种获取中心波长可调谐、混沌带宽可控的混沌信号产生方案.该方案是通过一个可调谐光纤布喇格光栅反馈弱谐振腔法布里-珀罗激光器(定义为主弱谐振腔法布里-珀罗激光器)输出的混沌光单向注入到另一个弱谐振腔法布里-珀罗激光器 (定义为副弱谐振腔法布里-珀罗激光器)来实现的.研究结果表明：通过改变可调谐光纤布喇格光栅滤波器的中心波长以及反馈回路的反馈强度, 主弱谐振腔法布里-珀罗激光器可输出中心波长在可调谐光纤布喇格光栅滤波器可调谐范围调谐的混沌信号; 把主弱谐振腔法布里-珀罗激光器输出的混沌信号进一步注入到副弱谐振腔法布里-珀罗激光器中, 通过改变注入强度和频率失谐, 可产生中心波长可调谐、带宽可大范围调节的混沌信号.

对于高斯增强型混沌光场，采用有序算符内的积分理论，我们导出了其P-表示。给出P-表示与Wigner 函数关系的新推导，从而由高斯增强型混沌光场的P-表示给出其Wigner函数。

熵是量子光场的一个重要物理量,我们给出求混沌光场对应的热态的新方法,即有序算符内的积分方法,在此基础上计算光场的熵十分简捷。

基于三只参数相近的半导体激光器及单一光纤信道仿真并实验实现了全双工混沌激光保密通信。当两端发送的数据速率均为1.25 Gb/s时，在一条标准单模光纤中全双工保密传输距离达25 km，正反向恢复数据的Q因子分别为2.1和2.0。该方案大幅度节省了光纤链路和设备、降低了实现成本，提高了数据传输的保密安全性。