[发明专利]基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器和发生方法

权利要求书

1.基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器，其特征在于，包括激光光源(1)、双光束干涉仪(2)、相位控制系统(3)、光电探测器(4)和模数转换器(5)，其中，

所述激光光源(1)用于将激光束输出到所述双光束干涉仪(2)中，

所述双光束干涉仪(2)用于使输入的激光束发生双光束干涉，并将发生干涉的光束分成两束光束输出，其中一束光束输出到相位控制系统(3)，另一束光束输出到光电探测器(4)；

所述相位控制系统(3)包括设置在所述双光束干涉仪(2)的其中一个干涉光路上的压控移相器(34)，所述相位控制系统(3)用于根据输入的光束调节所述压控移相器(34)的电压，从而使双光束干涉仪(2)的两个干涉光路上的光束的相位差保持在预定值；

所述模数转换器(5)用于将所述光电探测器(4)输出的信号转换为数字信号，根据所述数字信号生成原始随机数序列。

2.根据权利要求1所述的基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器，其特征在于，所述双光束干涉仪(2)还包括分束器(22)、第一反射镜(24)和第二反射镜(25)，

所述分束器(22)包括设置在输入侧的第一端口B1、第二端口B2和设置在输出侧的第三端口B3、第四端口B4；

所述分束器(22)用于将输入到所述第二端口B2的光束分成两束，分别从所述第三端口B3和第四端口B4输出，所述分束器(22)还用于使所述第三端口B3和第四端口B4返回的光束发生干涉后分成两束光束，其中一束光束从所述第一端口B1输出到所述相位控制系统(3)，另一束光束从所述第二端口B2输出到所述光电探测器(4)。

3.根据权利要求1或2所述的基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器，其特征在于，所述双光束干涉仪(2)还包括环形器(21)，所述环形器(21)的输入端C1用于接收激光光源(1)输出的激光束；

所述环形器(21)的收发复用端C2用于将输入端C1接收的激光束输出到所述第二端口B2，所述环形器(21)的收发复用端C2还用于将从所述第二端口B2输出的光束输出到环形器(21)的输出端C3，

所述环形器(21)的输出端C3用于将输入的光束输出到所述光电探测器(4)。

4.根据权利要求3所述的基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器，其特征在于，所述相位控制系统(3)还包括依次连接的光功率计(31)、PID控制器(32)和压电控制器(33)，所述光功率计(31)的输入端用于接收所述第一端口B1输出的光束，所述压电控制器(33)的输出端与所述压控移相器(34)的控制端连接。

5.根据权利要求4所述的基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器，其特征在于，所述第一干涉光路和第二干涉光路的光束的相位差的预定值为(2mπ+π/2)，其中m为整数。

6.根据权利要求4或5所述的基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器，其特征在于，所述分束器(22)的分光比为50:50，所述分束器(22)为光纤分束器。

7.根据权利要求6所述的基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器，其特征在于，所述第一反射镜(24)和第二反射镜(25)均为法拉第旋转镜。

8.根据权利要求6所述的基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器，其特征在于，所述分束器(22)为保偏分束器(22)，所述光纤为保偏光纤。

9.根据权利要求7或8所述的基于激光相位波动的超高速量子随机数发生器，其特征在于，所述激光光源(1)为连续激光光源(1)，所述激光光源(1)的工作波长为1550nm。

10.基于激光相位波动的超高速量子随机数发生方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、产生激光束；

S2、将激光束分成两束光束发生干涉；

S3、将干涉后的光束分成两束光束，其中一束光束输出到相位控制系统，相位控制系统根据输入的干涉光束调节其中一个干涉光路上的光束的相位，使两个干涉光路上的光束的相位差保持在预定值；另一束光束输出到光电探测器；

S4、将光电探测器输出的信号转换为数字信号，生成原始随机数序列。