与非耦合激光器相比,横向耦合激光阵列具有结构简单、易于集成、具有高功率、调制带宽增强、丰富的混沌动力学行为等优点。它在多信道保密通信、复杂神经网络、多目标激光雷达同步测距等领域具有重要的潜在应用。在这些应用中,混沌同步扮演着重要的角色。然而,在基于具有光反馈的横向激光阵列的主从结构中,不同耦合激光器之间的混沌同步机制并不清楚。在不同的控制参数下,混沌同步的类型、条件、和独有特性有待进一步探索。此外,现有的光学混沌同步技术都受限于如下两个关键条件:驱动混沌激光系统与响应系统参数完全相同;驱动激光器和响应激光器的数学模型事先知道。这些条件在实际生活难以持续和实现。近来发展的储备池计算方法为光学混沌同步的预测学习提供了新的思路和途径,它有望解决光学混沌同步在实际应用中的局限性。此外,受到现有混沌同步理论的局限性,同步混沌雷达对目标测距在应用也难以推广到实际应用中。基于储备池计算的混沌同步预测学习方法,是一种有效的方法,用来解决同步混沌雷达在目标测距中混沌同步不稳定性和低质量的问题。针对这些科学问题,本课题对如下三方面的内容进行了创新性探索:（1）在本课题中,基于横向耦合三元激光阵列的理论模型,系统地研究了自反馈驱动三元激光阵列和响应三元激光阵列在平行注入和交叉注入下的主从结构中新的混沌同步特性。在平行注入条件下,不同参数空间内激光器之间高质量完全混沌同步的动态演化严重依赖于驱动激光器的自反馈模式,如一个、两个和全部带有自反馈。研究表明,当仅驱动中间一个或全部驱动激光器进行自反馈时,可以在大多数参数空间的同一区域内实现所有激光器的高质量完全混沌同步。此外,首次提出了交叉注入情况下超前/滞后混沌同步的对称性。即在关键参数限定一定范围内,激光器之间的高质量超前/滞后混沌同步随时延差周期性变化。研究表明,通过优化激光波导结构参数,可以实现同相（反相）滞后与超前混沌同步的镜像对称性。优化侧面激光器相关参数,可以实现超前/滞后混沌同步的反对称。另一方面,对于对称的两侧边激光器,其超前/滞后混沌同步可以达到同相和反相的反对称性。该工作内容在文中第三章完成。（2）利用三个并行的光学储备池计算机（Reservoir Computer,RC）分别对三个光学动力学系统进行模拟。在这里,响应激光器阵列中带有延迟时间反馈和光注入的三个激光器被用作非线性节点,以实现三个光学混沌RC。通过这三个并行RC系统可以预测性学习驱动激光器阵列中三个激光器的非线性动力学。结果表明,这三个并行RC可以再现带有自反馈的驱动激光器阵列中三个激光器的非线性动力学。通过优化延迟时间和虚拟节点的间隔这两个关键参数,能够实现非常小的训练误差。而且,即使在响应激光器阵列和驱动激光器阵列之间存在一些参数失配的情况下,这三个经过训练的并行RC也可以分别与驱动激光器阵列中的三个混沌激光器实现很好地同步。该工作内容在本文第四章完成。（3）在本课题中,利用三个并行的储备池计算机分别对三信道延迟雷达探测信号进行模拟学习。这里,带有延迟时间反馈和光注入的响应耦合三元激光阵列被视为非线性节点,实现这三个并行储备池。三信道延迟雷达探测信号来自于带有自反馈的驱动三元激光阵列。结果表明,在非常小的训练误差下,可以很好地预测每个信道延迟的雷达探测信号与它相应的训练储备池之间的滞后同步。即使在响应激光阵列和驱动激光阵列之间存在某些参数不匹配的情况下,也可以实现它们之间的高质量滞后混沌同步。在此条件下,基于希尔伯特变换理论,将三信道同步雷达探测信号分别用于对三个目标的测距。研究发现:这些目标的测距具有高精度,它们的绝对误差达到毫米级。此外,其相对误差非常小,且小于0.6%。上述结果表明:光学储备池计算方法可能为实现目标的测距提供成功的途径。该工作内容在本文第五章完成。