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近年来,光混沌在保密通信中潜在的应用价值引起了人们的广泛关注。作为光通信最理想的光源——半导体激光器,受到光反馈、光注入、光电反馈等外部微扰容易产生高维的混沌信号,由此人们提出了多种通信系统方案,比如：光反馈、光注入和光电反馈或光电耦合通信系统等。与光反馈和光注入通信系统相比,光电反馈或光电耦合通信系统具有对相位变化不敏感、容易电控等优点。然而目前的研究大多基于单向通信,而随着光通信技术的不断发展,双向、多向混沌保密通信将更具有实际应用价值。本文首先对双向光电耦合半导体激光器系统的同步性能以及参数失配对系统同步性能的影响进行了研究,研究表明：系统虽然对参数失配具有较好的容忍性,但是由于发射激光器和接收激光器之间的混沌同步存在随机超前滞后,很难应用于实际的混沌通信。基于此,我们提出了两种双向光电耦合半导体激光器混沌同步通信系统：一种为双向光电耦合半导体激光器串联,另外一种为双向光电耦合半导体激光器耦合环。对两种系统的同步性能及其参数失配对同步性能的影响进行了研究,同时分析了系统的混沌通信行为。研究结果表明：在光电耦合半导体激光器串联混沌同步通信系统中,对发射激光器和中间激光器、接收激光器和中间激光器而言,它们之间达到滞后同步,而发射激光器和接收激光器之间达到零时滞同步,且对参数失配具有更好的容忍性。利用CSK方法,把250MHz信号同时加载到发射激光器和接收激光器,分别从接收激光器和发射激光器中能很好的把信号解调出来。如果在发射激光器和接收激光器之间串联n个激光器,中间所有的激光器起到了中继作用,可以大大地提高光混沌远程通信的传输距离；在双向光电耦合半导体激光器耦合环(OCSLR)混沌同步通信系统中,双向OCSLR与单向OCSLR相比,具有更好的同步性和对参数失配的容忍性。另外,我们利用CSK方法研究了双向OCSLR系统通信,把250MHz的信号加入到一个激光器中,能从另外一个激光器中较好的解调出来。顺便指出，这种方法可以应用于多于三个半导体激光器构成的双向OCSLR,从而为局域通信提供了一种新的方案。