[发明专利]一种基于偏振的激光相位波动的量子随机数产生系统

权利要求书

1.一种基于偏振的激光相位波动的量子随机数产生系统，其特征在于，该系统包括依次连接的脉冲激光模块、光强稳定模块、干涉模块、探测模块、模数转换模块及数据后处理模块，所述脉冲激光模块、光强稳定模块及干涉模块之间依次通过保偏光纤连接；

所述脉冲激光模块用于制备两路光脉冲，其中一路光脉冲耦合进保偏光纤快轴，表示为另一路光脉冲耦合进保偏光纤慢轴，表示为其中μ、υ分别表示两路光脉冲的光强，i为虚数单位，为两路光脉冲之间的相位差；

所述光强稳定模块用于两路光脉冲的衰减；

所述干涉模块将两路光脉冲的偏振方向旋转之后耦合，使得保偏光纤快轴传输的光脉冲与保偏光纤慢轴传输的光脉冲干涉；

所述探测模块将干涉后得到的光信号转换为模拟电信号；

所述模数转换模块将模拟电信号转换为数字电信号；

所述数据后处理模块对原始数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振的激光相位波动的量子随机数产生系统，其特征在于，所述脉冲激光模块制备的两路光脉冲为高消光比光脉冲，两路光脉冲的占空比、频率相同，两路光脉冲的光频率误差在GHz量级以内，制备的两路光脉冲占空比均为50％，所述光强稳定模块用于两路光脉冲的衰减，直至衰减后的两路光脉冲的光强差在5％以内。

3.根据权利要求1所述的一种基于偏振的激光相位波动的量子随机数产生系统，其特征在于，所述脉冲激光模块包括第一脉冲激光器及第二脉冲激光器，所述光强稳定模块包括第一光衰减器及第二光衰减器，所述干涉模块包括通过保偏光纤相连的保偏分束器及偏振分束器；

所述第一脉冲激光器、第一光衰减器及保偏分束器之间依次通过保偏光纤连接，所述第二脉冲激光器、第二光衰减器及保偏分束器之间依次通过保偏光纤连接；

所述第一脉冲激光器、第二脉冲激光器用于制备两路高消光比的光脉冲，并将光脉冲发送至相对应的光衰减器；

所述第一光衰减器、第二光衰减器对接收到的光脉冲进行衰减，衰减后的光脉冲发送至保偏分束器；

所述保偏分束器为保偏输入输出的分束器，用于将两路光脉冲耦合进一根保偏光纤中；

所述偏振分束器用于将两路光脉冲偏振方向旋转之后实现干涉。

4.根据权利要求3所述的一种基于偏振的激光相位波动的量子随机数产生系统，其特征在于，所述偏振分束器为45°偏振分束器，两路光脉冲偏振方向45°旋转，45°旋转矩阵表示为：

5.根据权利要求3所述的一种基于偏振的激光相位波动的量子随机数产生系统，其特征在于，所述探测模块包括第一光电探测器，所述第一光电探测器与所述偏振分束器连接，所述偏振分束器实现干涉后得到的光信号表示为：

所述第一光电探测器用于将干涉后得到的光信号转换为模拟电信号，转换后的模拟电信号强度表示为：

其中，L₁代表第一光电探测器的电噪声，B为第一光电探测器的转换比；

所述模数转换模块为模数转换器；

所述数据后处理模块为计算机。

6.根据权利要求3所述的一种基于偏振的激光相位波动的量子随机数产生系统，其特征在于，所述探测模块包括第二光电探测器、第三光电探测器及差分放大器，所述第二光电探测器与所述偏振分束器及差分放大器连接，所述第三光电探测器与所述偏振分束器及差分放大器连接，所述偏振分束器实现干涉后得到的光信号表示为：

所述第二光电探测器、第三光电探测器用于将干涉后得到的光信号转换为模拟电信号，转换后的模拟电信号强度表示为：

其中，L₂、L₃分别代表第二光电探测器、第三光电探测器的电噪声，C为第二光电探测器、第三光电探测器的转换比；

对模拟电信号进行作差，差值表示为：

其中，ΔL表示第二光电探测器与第三光电探测器电噪声的差；

所述模数转换模块为模数转换器；

所述数据后处理模块为计算机。

7.根据权利要求3所述的一种基于偏振的激光相位波动的量子随机数产生系统，其特征在于，所述脉冲激光模块还包括第一温控装置及第二温控装置，所述第一温控装置与所述第一脉冲激光器连接，所述第一温控装置用于调节所述第一脉冲激光器的中心频率，所述第二温控装置与所述第二脉冲激光器连接，所述第二温控装置用于调节所述第二脉冲激光器的中心频率。