混沌保密光通信依靠复杂的混沌信号实现对传输消息的隐藏和加密,具有良好的加密效果,在保密通信领域中发展前景广阔。其中,外腔反馈半导体激光器凭借其结构简单的优势在混沌光通信中有着重要的应用。但是由于需要发送端和接收端拥有一样参数的激光器,才可以实现高质量的混沌同步,而在实际中,很难找到多个参数完全一致的激光器,这限制了其进一步发展。近些年来,得益于计算机算力的快速提升和新算法的提出,神经网络得到了快速的发展,而目前利用神经网络实现混沌通信的研究还较少,所以研究神经网络在混沌通信中的应用亟待深入研究。本文首先提出了一种利用神经网络实现混沌同步的混沌通信方案,在发送端使用外腔反馈半导体激光器产生混沌激光作为载波,使用混沌调制的方式加密信息,使用原始混沌载波和已调制混沌信号对神经网络进行训练,使得神经网络可以从已调制的混沌信号中恢复出原始的混沌载波,在接收端使用此神经网络实现混沌同步,对被加密的信息实现解密。此外,针对光纤中的色散效应,在接收端使用一个神经网络进行了色散补偿,相比光学色散补偿设备,可以降低系统的成本。通过数值仿真对系统的同步性能和通信性能进行了研究,结果表明使用神经网络可以有效地实现混沌同步,并可以利用其进行混沌通信。使用神经网络进行混沌同步简化了混沌光通信中接收端的结构,可以使其更容易地应用到点对多点通信当中。在实现神经网络混沌同步的基础上,将其应用于PON网络中,同时结合副载波调制技术,提出了一种基于神经网络混沌同步的保密PON网络模型。在OLT中使用外腔反馈半导体激光器产生的混沌载波将下行信息经过副载波调制技术后进行加密,ONU中使用一个训练好的神经网络进行混沌同步并实现解密。仿真结果表明ONU中使用的神经网络可以有效地实现混沌同步,系统可以实现上行、下行的双向传输,并且可以抵御来自窃听方的攻击。