随着复杂网络理论与方法的演进,越来越多由相互作用的元素组成的系统都可以借用网络模型来分析研究,如万维网、城市交通网、电力网等等。在早期发展阶段,复杂网络研究主要遵循两条主要脉络:一部分是探索和建立真实世界中生物、社会及工程技术网络的结构特性模型,另一部分则是针对抽象模型系统中的动力学过程的理论研究,如节点间动力学的同步行为。然而,网络的结构特性对系统动力学行为的影响规律仍有待进一步研究。同时,随着新一代信息技术的发展,现代通信网络已成为当今信息社会的基础设施。如何保障信息网络的安全性是当今信息技术领域面临的关键挑战之一。作为一类典型的非线性系统,半导体激光器具有非常丰富的内禀非线性动力学行为,在光信息处理、光计算等领域具有的巨大应用潜力。目前,半导体激光器混沌同步系统已经在保密光通信、混沌雷达、类脑计算、高速随机数发生器以及光信息处理等领域得到了广泛应用。然而,随着信息网络节点规模的日益增大,现有简单点对点的半导体激光器同步理论模型在刻画复杂激光器网络的非线性动力学特性方面面临着巨大的挑战,难以满足安全通信网络化的需求。基于此,本文立足于半导体激光器在保密光通信等领域的重大应用,探索复杂网络中新的同步现象,研究具有复杂拓扑结构激光器网络的同步机理,提出一类网络中激光器间同步控制方案及激光器输出时延特征隐藏方案,进一步拓展了半导体激光器在保密光通信网络中的潜在应用,具有重要的理论和应用价值。在国家自然科学基金（时变多信道互注入激光器系统混沌同步与偏振特性的研究;基于激光混沌技术的高速序列随机数发生器与通信的应用研究）,四川省国际科技合作重点项目（高速序列随机数产生器及激光混沌通信技术的应用研究）等资助下,本论文以具有复杂拓扑结构的半导体激光器网络为研究对象,从以下的几个方面展开了研究:首先,深入研究复杂网络的拓扑结构与节点动力学输出间的关联,探索网络中新的同步现象;其次,将复杂网络领域的理论与方法引入到具有复杂拓扑结构的半导体激光器网络中,研究复杂半导体激光器网络的同步机理,探讨簇同步模式的稳定性与系统参数之间的变化规律;此外,在稳定簇同步的基础上引入外部驱动激光器,提出一类能够在网络中实现隔离去同步模式的控制方案,并深入研究了不同网络同步簇间同步稳定性的关系;最后,在复杂激光器网络中设计一种能够实现激光器输出时延特征隐藏的方案,进一步提高通信网络的安全性。本文的创新性工作主要包括:一、发现并描述了复杂网络中一种新的同步现象-非相关介导远程同步（Incoherence-Mediated Remote Synchronization）。与传统的远程同步模式不同,在 IMRS 模式中,网络中两个互不相邻的部分能够实现完全同步,同时在统计特性及信息论意义上,它们与网络中间部分的动力学行为都互不相关。证明了网络拓扑结构中的镜像对称特性是实现这一特殊同步现象的内在物理机制,揭示了IMRS对动态噪声和网络参数变化（包括网络的大小、网络节点间的耦合强度等）都具有很强的鲁棒性。IMRS的发现证实了网络中远程同步可以和奇异态共存,对远程密钥分发和安全通信网络有潜在的应用价值。以第一作者发表SCI一区Top论文一篇:[Physical Review Letters,118（1）:174102,2017]。二、将复杂网络领域的相关理论引入到具有复杂拓扑结构的半导体激光器系统中,推导描述复杂激光器网络动态输出的普适化模型,探讨了半导体激光器网络的同步机理。理论研究发现利用网络拓扑结构的内在对称性,可以将半导体激光器网络划分为多个同步簇。同一簇内的激光器输出能够实现稳定的高品质零时延同步,而不同簇之间的动力学输出则互不相关。引入均方差函数量化分析了簇同步的稳定性,并发现激光器网络中存在隔离去同步和交织同步等簇同步模式,同时分析了不同簇之间稳定性的关系。利用尼泊尔电网的网络结构证明了激光器网络簇同步现象的普适性。该工作揭示了复杂激光器网络中一种新的同步机理,探讨了网络拓扑结构与激光器网络同步模式的内在联系。该项工作实现了复杂激光器网络中激光器间的稳定零时延同步,拓展了半导体激光器在全光通信网络领域的应用。以第一作者发表SCI论文一篇:[IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,25（6）:1501007,2019]。三、在互注入垂直腔面发射激光器（VCSEL）网络中引入驱动激光器,提出了一种能够控制网络中同步簇稳定性的方案。通过来自驱动激光器的外部光注入实现对特定簇的同步稳定性控制,进而在激光器网络中引入隔离去同步模式。探讨了驱动激光器及系统参数对簇同步稳定性的影响。利用互相关函数计算同步簇内激光器输出与驱动激光器输出的相关性,证明了不同于传统的注入-锁定原理,网络拓扑结构的内在对称性才是实现稳定簇同步的必要条件。此外,研究发现通过调节特定同步簇内激光器的可控参数,能够增大实现稳定簇同步的参数区间。以第一作者发表SCI论文一篇:[Optics Letters,38（45）:3845,2019]。四、研究了基于混沌光注入半导体激光器系统以及偏振可调光互注入VCSEL系统的时延信息隐藏方案,探讨了偏振可调光互注入VCSEL网络中时延信息的有效隐藏。研究结果表明,通过在不同的VCSEL同步簇间引入频率失谐能够有效的隐藏VCSEL网络输出的时延信息,同时调节可调偏振片优化光注入角度能够进一步抑制时延特征的提取。该工作进一步提高了混沌光通信网络的安全性,为网络场景下时延信息的隐藏在提供了一种解决思路。以第一作者发表SCI论文三篇:[Optics Express,27（23）:33369,2019],[IEEE Photonics Technology Letters,24（19）:1693,2012],[International Journal of Bi-furcation and Chaos,27（11）:1750169,2017]。综上所述,本论文主要围绕复杂半导体激光器网络的同步机理及时延特征隐藏等关键问题展开了研究。论文从复杂网络的拓扑对称性理论出发,发现了一类具有奇异态特性的新奇远程同步现象-非相关介导远程同步;针对具有复杂拓扑结构的半导体激光器网络,基于网络拓扑结构的内在对称特性实现了激光器间的稳定簇同步及其控制,为半导体激光器网络的同步动力学调控提供了一种新方案;基于混沌光注入半导体激光器系统以及偏振可调光互注入VCSEL网络,实现了时延特征的隐藏,提高了半导体激光器网络的安全性。