提出并数值研究了随机数字相位调制光注入半导体激光器中产生混沌的方案。模拟结果表明：随着调制速率或调制深度的增大，激光器可以从初始的注入锁定状态经历准周期路径进入混沌，其原因是相位变化激励了非阻尼弛豫振荡；随机数字相位调制光注入可产生有效带宽大于10 GHz的混沌激光。鉴于数字信号长距离传输的抗干扰能力，该方案为长距离混沌同步及密钥分发应用提供了新思路。

通过Lang-Kobayashi速率方程发现并研究了光反馈弧边六角微腔激光器的稳态-准周期态切换现象，分析了反馈速率和偏置电流对该切换现象的影响，并通过分岔图分析了此切换现象产生的原因。结果表明，在高偏置电流、长腔反馈情况下，更容易出现稳态-准周期态切换的现象。最后对比分析了该切换现象与其他激光器出现的类似现象的区别。

研究了由噪声光驱动的分布式布拉格反射型(DBR)激光器的混沌动力学特性,观察到在边模注入时DBR激光器产生的混沌。研究了注入强度与频率失谐对混沌带宽和关联维度的影响。结果表明,噪声光在光谱边模注入时,DBR激光器也可产生混沌,且混沌信号的低频频谱平坦。其关联维度的平均值为1.86,维度的波动为±0.36,且混沌信号受注入噪声光的影响程度低。

基于经典蔡氏混沌振荡电路，利用 2个磁控光滑忆阻器以及电容、电感设计了一种新的五阶混沌振荡电路。讨论了平衡点稳定性，分析了相图、 Lyapunov指数和分岔图。此双忆阻混沌电路具有复杂的动力学行为， 运动轨迹依赖于电路参数和电路初始状态；从能量的角度探索了奇异吸引子，结果表明系统存在不同吸引子共存的多稳态现象。用 PSpice进行了电路设计，验证了 Matlab理论仿真正确性和电路设计的可实现性。

实验研究了平行光注入下多横模1 550 nm垂直腔面发射激光器(1 550 nm-VCSEL)输出的非线性动力学特性．对于一个在自由运行时腔内同时存在基横模和一阶横模(高阶模)的1 550 nm-VCSEL, 其两横模的主激射模均为Y偏振模式(Y-LP), 当受到偏振方向沿自由运行时主激射模式偏振方向的外部光注入(即平行注入)时, 实验研究结果表明: 当平行注入光的频率νinj更临近基横模Y-LP频率νfy时(此时频率失谐Δνf定义为Δνf=νinj－νfy), 在注入光强度Pinj增加的过程中, 基横模Y-LP呈现多种动力学状态, 而高阶模Y-LP出现的动力学状态相对较少, 且能量逐渐减小．当Pinj增加到一定值时, 高阶模Y-LP完全被抑制, 此时1 550 nm-VCSEL处于单模工作状态, 即实现了基横模Y-LP的模式选择．随Δνf的逐渐增加, 实现基横模Y-LP模式选择所需的最小注入光强度Pinj, min先减小, 达到一个最小值后再逐渐增加; 在给定的Δνf条件下, Pinj, min随偏置电流I增加而增大．当平行注入光的频率νinj更靠近高阶模Y-LP的频率νhy时(此时频率失谐Δνh定义为Δνh=νinj－νhy), 在Pinj增加的过程中, 高阶模Y-LP和基横模Y-LP均呈现出多种非线性动力学状态, 但实验过程中未观察到基横模Y-LP完全被抑制的现象, 即未实现高阶模Y-LP的模式选择.

实验研究了弱谐振腔法布里-珀罗激光器在受到光注入扰动时的非线性动力学特性．通过测定“－3模”、“0模”、“13模”三个纵模输出的时间序列, 功率谱和光谱分布, 对其非线性动力学状态进行了判定．研究结果表明: 引入光注入后, 通过改变注入强度及频率失谐, 这三个纵模均可呈现出四波混频、单周期态、准周期态、混沌态以及稳定的光注入锁定态等非线性动力学特性, 其动力学演化路径为经准周期分岔进入混沌态．此外, 为实现对动力学状态的精确控制, 绘制了这三个纵模在光注入强度0 μW到450 μW和频率失谐－16 GHz到16 GHz构成的参量空间的动力学状态分布图．结果显示: “0模”与“13模”在正、负频率失谐均可观察到混沌区域, 而“－3模”在负频率失谐没有出现混沌区域; “0模”存在两个分离的稳定的光注入锁定态区, 而在“－3模”和“13模”仅观测到一个稳定的光注入锁定态区.

储备池计算是一种适合处理时序信号的简单高效的机器学习算法。相比在传统电子计算机上用软件实现的方式, 储备池计算在光器件上的实现方式将更有利于超高速和超低功耗的信息处理。介绍了储备池计算的基本原理, 从输入层、储备池和输出层三个方面介绍了储备池计算硬件实现方案的研究进展, 指出了储备池计算硬件实现方案发展中存在的问题, 并展望了其未来发展趋势。

基于1 550 nm垂直腔面发射激光器在平行偏振光注入下呈现的单周期非线性动力学状态, 进一步引入光电负反馈, 得到了高质量的微波信号．实验研究结果表明: 平行偏振光注入下, 通过调节注入光的注入强度及频率, 1 550 nm垂直腔面发射激光器可呈现注入锁定、单周期、倍周期、混沌等多种非线性动力学状态; 在合适的注入参量下, 平行偏振光注入1 550 nm垂直腔面发射激光器可产生光谱具有单边带结构、频率超过10 GHz的光子微波信号, 但该微波信号的线宽较宽(达MHz量级); 进一步引入光电负反馈后, 通过选取合适的光电反馈强度, 可将该微波信号的线宽减小至一百多kHz(减小两个量级以上); 在选择优化的反馈强度条件下, 仅通过简单调节注入光强度, 可实现窄线宽光子微波信号的频率在一定范围内连续可调谐．

基于激光输出的时间序列、功率谱以及相图, 对1 550 nm垂直腔表面发射激光器（1 550 nm-VCSELs）在光电负反馈作用下的动力学特性进行了研究.结果表明：固定偏置电流, 在不同反馈强度下, 光电负反馈1 550 nm-VCSEL可呈现规则脉冲态、准周期态、混沌脉冲态等非线性动力学态；固定反馈强度, 偏置电流取不同值时, 1 550 nm-VCSEL也可呈现脉冲态、准周期态、混沌脉冲态等不同的非线性动力学状态.给出了1 550 nm-VCSEL非线性动力学状态在偏置电流和反馈强度构成的参量空间分布.分析了激光器的动态演化路径, 结果表明：在较小偏置电流和弱光电反馈下, 激光器主要工作在稳态；随着偏置电流增加, 激光器输出的动力学态通常随反馈强度的增加以规则脉冲态-准周期态-规则脉冲态的方式循环演化到混沌脉冲态；当偏置电流增加到一定值后, 激光器输出的动力学态随反馈强度的增加主要以规则脉冲态-准周期态-混沌脉冲态的方式循环演化.