[发明专利]一种基于单片集成混沌激光器的高速物理随机数发生器

权利要求书

1.一种基于单片集成混沌激光器的高速物理随机数发生器，其特征在于，包括半导体激光器（1）、光纤耦合器（2）、平衡探测器（3）和随机数提取装置（4），所述半导体激光器（1）为单片集成的互耦合四区半导体激光器，所述光纤耦合器（2）具有两个输入端和两个输出端，所述半导体激光器（1）的两个出射端分别连接至所述光纤耦合器（2）的两个输入端；所述光纤耦合器（2）的两个输出端通过光纤（5）连接至所述平衡探测器（3）的两个输入端，所述平衡探测器（3）的输出端连接至随机数提取装置（4）；所述半导体激光器（1）用于从两个出射端同时输出两路无时延特征的宽带混沌激光信号至光纤耦合器（2），光纤耦合器（2）用于对混沌激光信号进行拍频后将其分为强度相等的两路混沌激光信号后通过光纤发送至平衡探测器（3），平衡探测器（3）用于对拍频后的两路混沌激光信号进行平衡探测；随机数提取装置（4）用于处理平衡探测信号，并生成高速物理随机数；

所述半导体激光器（1）包括两个分布反馈激光器区（1a）、相位区（1b）和放大区（1c），所述两个分布反馈激光器区（1a）位于两侧，相位区（1b）和放大区（1c）设置在两个分布反馈激光器区（1a）之间，其中，两个分布反馈激光器区（1a）为刻有相同周期光栅结构的有源波导，放大区（1c）为无光栅结构的有源波导，相位区（1b）为无光栅结构的无源波导。

2.根据权利要求1所 述的一种基于单片集成混沌激光器的高速物理随机数发生器，其特征在于，所述半导体激光器（1）的结构包括掺杂n型InP衬底（1-1），其上依次设置有n-InP缓冲层（1-2）、InGaAsP下限制层（1-3）、多量子阱增益层（1-4）、InGaAsP上限制层（1-7）、p-InP盖层（1-9）和p-InGaAs接触层（1-10），所述多量子阱增益层（1-4）的两端设置分别有第一有源波导（1-5）和第二有源波导（1-52），中间设置有无源波导（1-6）；所述InGaAsP上限制层（1-7）的上表面上两端刻有周期和长度相同的光栅结构（1-8），所述光栅结构（1-8）的位置分别与第一有源波导（1-5）和第二有源波导（1-52）的外侧部分对应；所述p-InP盖层（1-9）的上表面中心纵向凸起形成脊形部，所述p-InGaAs接触层（1-10）覆盖整个p-InP盖层（1-9）；其中，上方刻有光栅结构的第一有源波导（1-5）和部分第二有源波导（1-52）形成两个分布反馈激光器区（1a），无光栅结构的无源波导（1-6）形成相位区（1b），无光栅结构的部分第二有源波导（1-52）形成放大区（1c），所述接触层（1-10）上方设置有上电极层（1-12），所述电极层（1-12）被位于各个区分界处的电隔离区（1-11）分割形成四段独立电极。

3.根据权利要求2所述的一种基于单片集成混沌激光器的高速物理随机数发生器，其特征在于，所述半导体激光器（1）的结构还包括位于掺杂n型InP衬底（1-1）底部的下电极层（1-13）。

4.根据权利要求1所述的一种基于单片集成混沌激光器的高速物理随机数发生器，其特征在于，光纤耦合器（2）的两输出端至平衡探测器（3）的两个输入端的连接光纤的长度相等。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片集成混沌激光器的高速物理随机数发生器，其特征在于，所述随机数提取装置（4）为一位比较器或八位模数转换器。