[发明专利]一种基于混沌激光熵源的高速物理随机数发生器

权利要求书

1.一种基于混沌激光熵源的高速物理随机数发生器，其特征在于，包括：熵源模块和后处理模块；

所述熵源模块用于激射出时延特征能够被抑制、带宽能够增强的两路宽带混沌信号，且该两路混沌信号之间的互相关系数小于0.2；

所述后处理模块用于将该两路混沌信号转化为数字信号后并经过处理最终得到高速随机数。

2.根据权利要求1所述的基于混沌激光熵源的高速物理随机数发生器，其特征在于，所述熵源模块为空间型熵源模块；

所述空间型熵源模块包括：第一垂直腔面发射激光器(VCSEL1)和第二垂直腔面发射激光器(VCSEL2)，第一分束镜(BS1)、第二分束镜分束镜(BS2)、第三分束镜分束镜(BS3)，第一中性密度衰减片(NDF1)、第二中性密度衰减片(NDF2)，第一光隔离器(OI 1)、第二光隔离器(O I2)，第一平面反射镜(M1)、第二平面反射镜(M2)，偏振分束器(PBS)：

第一垂直腔面发射激光器(VCSEL1)输出的激光经由第一分束镜(BS1)后分为两路，其中一路作为反馈光、经过第一中性密度衰减片(NDF1)后由可调光纤布拉格光栅(TFBG)反射后经过第一中性密度衰减片(NDF1)反馈回第一垂直腔面发射激光器(VCSEL1)，使第一垂直腔面发射激光器(VCSEL1)在平行光反馈的扰动下，两偏振模式同时激射并分别以混沌光输出；另一路经第二中性密度衰减片(NDF2)、第一光隔离器(OI 1)后由第二分束镜分束镜(BS2)分为两路，其中一路直接通过第三分束镜分束镜(BS3)注入到第二垂直腔面发射激光器(VCSEL2)中，另一路通过第一平面反射镜(M1)、第二平面反射镜(M2)、第二光隔离器(OI2)和第三分束镜分束镜(BS3)后注入到第二垂直腔面发射激光器(VCSEL2)中，第二垂直腔面发射激光器(VCSEL2)输出的混沌光经由第二分束镜分束镜(BS2)、反射后进入偏振分束器(PBS)中，偏振分束器(PBS)将两偏振模式分开为两路独立输出，作为熵源1和熵源2。

3.根据权利要求1所述的基于混沌激光熵源的高速物理随机数发生器，其特征在于，所述熵源模块为光纤型熵源模块；

所述光纤型熵源模块包括：第一垂直腔面发射激光器(VCSEL1)和第二垂直腔面发射激光器(VCSEL2)，第一光环形器(OC1)、第二光环形器(OC2)和第三光环形器(OC3)，第一光纤耦合器(FC1)、第二光纤耦合器(FC2)和第三光纤耦合器(FC3)，可调光纤布拉格光栅(TFBG)，第一可调衰减器(VA1)、第二可调衰减器(VA2)，光纤延迟线(DL1)，第一偏振控制器(PC1)、第二偏振控制器(PC2)、第三偏振控制器(PC3)和第四偏振控制器(PC4)，掺饵光纤放大器(EDFA)，偏振分束器(PBS)；

所述光纤型熵源模块中第一垂直腔面发射激光器(VCSEL1)输出的激光经由第一光环形器(OC1)后通过掺饵光纤放大器(EDFA)放大后由光纤耦合器分为两路，其中一路作为反馈光，经过第二光环形器(OC2)后由可调光纤布拉格光栅(TFBG)反射后经过偏第一偏振控制器(PC1)、第一可调衰减器(VA1)和第一光环形器(OC1)后反馈回第一垂直腔面发射激光器(VCSEL1)，使第一垂直腔面发射激光器(VCSEL1)在平行光反馈的扰动下，两偏振模式同时激射并分别以混沌光输出；另一路的混沌输出经第二可调衰减器(VA2)后由第二光纤耦合器(FC2)分为两路，其中一路含有光纤延迟线(DL1)，两路光的偏振方向分别由第二偏振控制器(PC2)和第三偏振控制器(PC3)控制，两路光随后通过第三光纤耦合器(FC3)合并为一路再经过第三光环形器(OC3)后注入到第二垂直腔面发射激光器(VCSEL2)中，通过调节第四偏振控制器(PC4)使第二垂直腔面发射激光器(VCSEL2)两偏振模式的混沌输出通过偏振分束器(PBS)分开为两路独立输出，作为熵源1和熵源2。

4.根据权利要求2或3所述的基于混沌激光熵源的高速物理随机数发生器，其特征在于，通过调节光纤布拉格光栅(TFBG)中心频率使两偏振模式的激射波长均处于TFBG反射谱的边带处。

5.根据权利要求1所述的基于混沌激光熵源的高速物理随机数发生器，其特征在于，所述后处理模块包括第一光电探测器(PD1)、第二光电探测器(PD2)，第一8位模数转换器(ADC1)、第二8位模数转换器(ADC2)以及用于优化随机数质量的高低位倒置处理模块、异或处理模块和截取最低有效位处理模块；

从熵源模块输出两路混沌信号经过第一光电探测器(PD1)、第二光电探测器(PD2)转化为电信号并分别经第一8位模数转换器(ADC1)和第二8位模数转换器(ADC2)采样量化为比特序列；其中一路比特序列经过高低位倒置处理后与另一路比特序列进行异或处理，随后生成的比特序列再经过截取最低有效位处理后即可生成高质量的随机数。