激光混沌凭借其复杂的动力学特性和极高的传输速率推动了高速混沌通信系统的发展。半导体激光器作为目前产生激光混沌最广泛的光源,研究人员提出了许多基于此类激光器实现混沌同步的方案。然而,大多数构成激光混沌通信系统的半导体激光器是不能直接输出混沌信号的,通常需要添加外部扰动来驱动输出混沌,例如带有时间延迟的光反馈、光注入、噪声等。这些外加结构使得系统在设置、运行、维护等方面都相对复杂,因此为了确保良好同步就必须增加外部设备来控制混沌动力学,因而增加了系统的复杂度。为了解决上述问题,本文选用自由运行直接产生混沌光的垂直腔面发射激光器（VCSEL）,理论研究了单向耦合和互耦合下的混沌同步特性,所提方案为更简单的混沌通信系统提供了新的可能。具体地,我们进行了如下研究工作:1.采用一种自由运行输出混沌的垂直腔面发射激光器作为激光混沌的产生光源,通过获取该激光器输出两种正交偏振的P-I曲线（功率-电流曲线）,得到两种偏振同时存在和发生模式跳变的电流值。此外,通过激光器输出的分岔图获得混沌路径,X偏振在3.7<μ<4.7和5<μ<6输出混沌,Y偏振在3.8<μ<4.9和5.2<μ<6输出混沌。最后,结合P-I曲线和分岔图可以确定合适的电流范围（μ=4）,该参数下激光器自由运行输出混沌且满足实现混沌同步的理想条件。2.用这类自由运行输出混沌激光的VCSELs构成单向耦合和互耦合的混沌同步系统,以降低外部扰动输出混沌方案的高复杂度,实现了互相关系数0.9994的高质量混沌同步。单向耦合研究中对不同的从激光器起始状态实现的同步性能进行了比较;双向耦合研究中对平行和正交两种注入方式的同步特性进行了比较。单向耦合研究中,起始为混沌态的从激光器在耦合系数大于60 ns-1的范围与主激光器同步;起始为稳态的从激光器与主激光器的同步包含两个区分明显的同步区域,且在耦合系数大于10 ns-1的范围获得同步。双向耦合研究中,详细分析了偏置电流,耦合系数和频率失谐对混沌同步的影响,以及内部参数（即线宽增强因子,自旋反转弛豫率,场衰减率,载流子衰减率,双折射和二色性）不匹配时系统的鲁棒性。最终结果表明,平行注入获得的同步性能稳定性高于正交注入结果;平行注入下,最大互相关系数达到0.99,允许参数失配范围为±12%。正交注入下,最大互相关系数达到0.95,允许参数失配范围较小为±3%。