一種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】一種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器是將鎖模脈沖激光器輸出超短光脈沖序列加載到全光開關(guān)的控制信號(hào)輸入端，同時(shí)激光混沌熵源輸出連續(xù)混沌光信號(hào)由全光開關(guān)的探測(cè)信號(hào)端輸入對(duì)混沌光信號(hào)的過采樣，獲得混沌光脈沖序列經(jīng)光帶通濾波器濾除閑散噪聲后，再經(jīng)快速光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的混沌電脈沖信號(hào)，輸入到八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的正端；可調(diào)諧穩(wěn)壓源輸出的電壓信號(hào)作為比較電壓加載到八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的負(fù)端；最后由八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低四位最低有效位并行輸出端口輸出四路高速實(shí)時(shí)真隨機(jī)數(shù)序列。本實(shí)時(shí)碼率高達(dá)百Gbps以上量級(jí)，將現(xiàn)有真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器實(shí)時(shí)碼率提高了2?3個(gè)數(shù)量級(jí)，極大滿足了高速保密網(wǎng)絡(luò)通信的需求。
【專利說明】
-種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，尤其是一種用于蒙特卡洛模擬、統(tǒng)計(jì)抽樣、人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及保密通信的過采樣高速光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨機(jī)數(shù)在蒙特卡洛(Monte化rlo)模擬、統(tǒng)計(jì)抽樣、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等科學(xué)計(jì)算方面 有著廣泛的應(yīng)用。尤其在保密通信領(lǐng)域，產(chǎn)生安全可靠的隨機(jī)數(shù)(密鑰），關(guān)系到國防安全、 金融穩(wěn)定、商業(yè)機(jī)密、個(gè)人隱私等眾多方面。
[0003] 信息論鼻祖香農(nóng)證實(shí)：絕對(duì)安全的保密通信需采用"一次一密"加密理論。運(yùn)就對(duì) 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置提出了=個(gè)條件：1)密鑰長度不短于明文長度;2)密鑰是完全隨機(jī)的；3)密 鑰不能重復(fù)使用。換言之，運(yùn)就要求碼率不低于通信速率的真隨機(jī)數(shù)的大量、實(shí)時(shí)產(chǎn)生。
[0004] 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可分為兩類:偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器 通過對(duì)一些確定性算法賦予不同的種子可W便捷地生成具有一定周期的、快速的隨機(jī)數(shù)， 如現(xiàn)代通信系統(tǒng)中最常用的DES算法、RSA算法等。但偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器存在兩個(gè)缺點(diǎn)：1)算法 與種子是完全確定的，一旦算法與種子被破解，則密鑰不僅可W復(fù)制、甚至可W預(yù)測(cè)；2)產(chǎn) 生的隨機(jī)序列長度有限，存在周期性，并非真正隨機(jī)的。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提高， W偽隨機(jī)數(shù)為密鑰被破解的事件層出不窮，嚴(yán)重威脅著信息安全。例如:2011年3月，世界知 名的信息加密公司RSA(RSA加密算法的
【發(fā)明人】)宣布該公司一些用SecurID技術(shù)加密的信息 被竊取。
[0005] 真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可W保證科學(xué)計(jì)算的準(zhǔn)確性及保密通信的安全性，利用自然界中 的微觀量子機(jī)制或宏觀隨機(jī)現(xiàn)象作為物理賭源可產(chǎn)生出無法預(yù)測(cè)、非周期的完全隨機(jī)的真 隨機(jī)數(shù)。傳統(tǒng)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器所選用的物理賭源多為電阻或其他電子元件的熱噪聲、自 發(fā)福射噪聲、核福射衰變、振蕩器的相位噪聲、混濁電路等。受限于傳統(tǒng)物理賭源的帶寬瓶 頸，其碼率處于Mb/s量級(jí)，與現(xiàn)代高速信息傳輸速率差距巨大。
[0006] 近年來，混濁激光運(yùn)一新型隨機(jī)物理賭源的出現(xiàn)，使得真隨機(jī)數(shù)在產(chǎn)生速率方面 獲得了突破性發(fā)展。2008年，日本內(nèi)田淳夫課題組在國際知名期刊化ture Photonics上首 次利用激光混濁賭源，實(shí)現(xiàn)了 1.7化/s真隨機(jī)數(shù)的在線、實(shí)時(shí)產(chǎn)生[化t. Photon.，VOl. 2, PP. 728-732, 200引。2013年，
【申請(qǐng)人】所在課題組利用混濁激光器成功構(gòu)建了最快碼率 達(dá)4.5 化/s的真隨機(jī)碼發(fā)生器[Opt. Express, 21(17): 20452-20462，2013]。
[0007] 然而，現(xiàn)有基于混濁激光的真隨機(jī)數(shù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生技術(shù)均是采用光電探測(cè)器將其發(fā)射 的連續(xù)混濁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在電域中利用ADC對(duì)相應(yīng)電信號(hào)進(jìn)行采樣、量化處理，再結(jié) 合一定的后續(xù)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速真隨機(jī)碼的產(chǎn)生。要想進(jìn)一步提高當(dāng)前真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置 的實(shí)時(shí)碼率，面臨嚴(yán)重的"電子速率瓶頸"。具體是電子ADC對(duì)混濁信號(hào)進(jìn)行采樣處理時(shí)，需 要外部電時(shí)鐘來驅(qū)動(dòng)其前段的采樣-保持電路;而目前最尖端的電時(shí)鐘工作在MHz頻率范圍 內(nèi)時(shí)亦存在PS量級(jí)W上的大幅度孔徑抖動(dòng)，隨著工作頻率的升高，該時(shí)間抖動(dòng)呈指數(shù)型惡 化。運(yùn)就導(dǎo)致了采樣過程的嚴(yán)重信號(hào)失真，從而使當(dāng)前電ADC的響應(yīng)速率處于加/sW下的電 子瓶頸。除此W外，現(xiàn)有真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器均需采用后續(xù)處理過程W保證其隨機(jī)質(zhì)量，電時(shí)鐘 抖動(dòng)的存在給后續(xù)處理元件之間的嚴(yán)格同步帶來了難W逾越的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，當(dāng)前國際 上真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置的實(shí)時(shí)速率最快記錄仍是4.5 Gb/s，至今未被打破。
[000引當(dāng)前通信速率已達(dá)10 Gb/s，正朝向40加 /s發(fā)展。運(yùn)就要求速率與之相匹配的高 速真隨機(jī)數(shù)的實(shí)時(shí)、在線產(chǎn)生，W確保當(dāng)前信息傳輸?shù)慕^對(duì)安全。顯然，目前的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn) 生技術(shù)已具備的實(shí)時(shí)碼率能力距此目標(biāo)仍有相當(dāng)距離，不足W徹底保證現(xiàn)代通信的絕對(duì)安 全，發(fā)展與當(dāng)前需求相匹配的高速、實(shí)時(shí)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，用W解決上述現(xiàn) 有真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生技術(shù)中普遍存在著實(shí)時(shí)碼率不足的問題，并用于現(xiàn)代密碼學(xué)及保密通信等 領(lǐng)域。
[0010] 上述現(xiàn)有技術(shù)存在著實(shí)時(shí)碼率不足的問題是通過W下技術(shù)方案解決的。
[0011] -種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，包括鎖模脈沖激光器、激光混濁賭源、 全光開關(guān)、光帶通濾波器、快速光電探測(cè)器、可調(diào)諧穩(wěn)壓源及八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器;其特征在于： 鎖模脈沖激光器輸出高重頻/、時(shí)間抖動(dòng)處于fs量級(jí)的超短光脈沖序列，加載到全光開關(guān)的 控制信號(hào)輸入端，控制全光開關(guān)的通斷；同時(shí)激光混濁賭源輸出的連續(xù)混濁光信號(hào)由全光 開關(guān)的探測(cè)信號(hào)端輸入，在控制信號(hào)的作用下，全光開關(guān)完成對(duì)混濁光信號(hào)的過采樣，輸出 重復(fù)頻率與超短脈沖序列頻率/一致的、但峰值功率混濁起伏的光脈沖序列;采樣后獲得混 濁光脈沖序列經(jīng)光帶通濾波器濾除閑散噪聲后，經(jīng)快速光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的混濁電脈 沖信號(hào)，輸入到八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的正端;可調(diào)諧穩(wěn)壓源輸出的電壓信號(hào)作為比較電壓加載 到八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的負(fù)端;最后由八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低四位最低有效位并行輸出端口輸出 四路高速實(shí)時(shí)真隨機(jī)數(shù)序列。
[001 ^ 進(jìn)一步地，附加技術(shù)方案如下。
[0013] 所述鎖模脈沖激光器輸出的高重頻/、時(shí)間抖動(dòng)處于fs量級(jí)的超短光脈沖序列中/ 高于激光混濁賭源輸出混濁信號(hào)80%帶寬的四倍。
[0014] 所述八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器是不含采樣-保持電路的并行輸出型八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0015] 所述高速實(shí)時(shí)真隨機(jī)數(shù)序列的實(shí)時(shí)碼率由模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低四位最低有效位和重 頻/決定，等于4 乂/。
[0016] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述的一種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，與在先隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生 技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于： 第一，不存在周期性，可提供無限數(shù)量的真隨機(jī)碼，克服了偽隨機(jī)碼發(fā)生器固有周期性 的局限。
[0017] 第二，實(shí)時(shí)碼率可達(dá)百加 PS W上量級(jí)，將現(xiàn)有真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器實(shí)時(shí)碼率提高了 2~3 個(gè)數(shù)量級(jí)，極大滿足了高速保密網(wǎng)絡(luò)通信的當(dāng)前需要。
[0018] 第=，本發(fā)明的真隨機(jī)碼發(fā)生器的采樣及量化過程分別在光域和電域進(jìn)行，均不 再需要孔徑抖動(dòng)嚴(yán)重的電時(shí)鐘參與，突破了電子ADC面臨的電子時(shí)鐘抖動(dòng)速率瓶頸。
[0019] 第四，本發(fā)明的真隨機(jī)碼發(fā)生器量化過程中通過保留4位最低有效位，直接輸出高 質(zhì)量真隨機(jī)數(shù)，無須現(xiàn)有同類技術(shù)所必須的繁雜后續(xù)處理過程，有效規(guī)避了后續(xù)處理過程 中高速電子元件之間的同步難題。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖中：1:鎖模脈沖激光器;2:激光混濁賭源;3:全光開關(guān);4:光帶通濾波器;5:快速 光電探測(cè)器;6:可調(diào)諧穩(wěn)壓源;7:八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0022] 圖2是本發(fā)明八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出保留1位最低有效位的分布圖。
[0023] 圖3是本發(fā)明八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出保留2位最低有效位的分布圖。
[0024] 圖4是本發(fā)明八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出保留3位最低有效位的分布圖。
[0025] 圖5是本發(fā)明八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出保留4位最低有效位的分布圖。
[0026] 圖6是本發(fā)明八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出保留5位最低有效位的分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作出進(jìn)一步的說明。
[0028] 實(shí)施本發(fā)明上述所提供的一種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的技術(shù)方案， 是在激光混濁賭源的基礎(chǔ)上，利用鎖模激光器產(chǎn)生的高重頻、超低抖動(dòng)(fs量級(jí)）的超短光 脈沖序列取代孔徑抖動(dòng)極大的電子時(shí)鐘作為觸發(fā)信號(hào)，利用全光開關(guān)在全光域中完成對(duì)混 濁光信號(hào)的過采樣;繼而，利用不含采樣-保持電路的并行輸出型模數(shù)轉(zhuǎn)換器作對(duì)其進(jìn)行量 化編碼，產(chǎn)生出具有高速實(shí)時(shí)速率的真隨機(jī)數(shù)。
[0029] 傳統(tǒng)意義或者常規(guī)方式上，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員都是利用電子時(shí)鐘作為觸發(fā)信 號(hào)，在全電域中利用電子ADC對(duì)混濁電信號(hào)進(jìn)行采樣、量化及后續(xù)處理等全部過程。由于電 時(shí)鐘孔徑抖動(dòng)(PS量級(jí)W上）的存在，電子ADC受限于電子抖動(dòng)，導(dǎo)致當(dāng)前真隨機(jī)碼發(fā)生器最 快實(shí)時(shí)速率處于僅僅4.5 Gb/s。
[0030] 本發(fā)明跳出本領(lǐng)域研究人員采用電子ADC在全電域中對(duì)混濁信號(hào)進(jìn)行采樣、量化 處理的思維定式，將全光開關(guān)與無需電子時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的并行輸出型多位ADC應(yīng)用于隨機(jī)數(shù)的 高速實(shí)時(shí)產(chǎn)生，結(jié)合過采樣技術(shù)，將現(xiàn)有真隨機(jī)碼發(fā)生器的實(shí)時(shí)碼率提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，沒 有想到也沒能預(yù)見到有如此顯著的效果，完全能夠滿足現(xiàn)代高速保密通信的安全需要，可 極大拓寬了隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的應(yīng)用范圍。
[0031] 本發(fā)明所公開的一種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于由鎖模脈 沖激光器1、激光混濁賭源2、全光開關(guān)3、光帶通濾波器4、快速光電探測(cè)器5、可調(diào)諧穩(wěn)壓源 6、八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器7構(gòu)成;其中，鎖模脈沖激光器1輸出高重頻/、時(shí)間抖動(dòng)處于fs量級(jí)的超 短光脈沖序列，加載到全光開關(guān)3的控制信號(hào)輸入端，從而控制全光開關(guān)3的通斷；與此同 時(shí)，激光混濁賭源2輸出的連續(xù)混濁光信號(hào)由全光開關(guān)3的探測(cè)信號(hào)端輸入，在控制信號(hào)(超 短光脈沖序列）的作用下，全光開關(guān)3可完成對(duì)混濁光信號(hào)的過采樣，輸出重復(fù)頻率與超短 脈沖序列頻率/一致的、但峰值功率混濁起伏的光脈沖序列;采樣后獲得的混濁光脈沖序列 經(jīng)光帶通濾波器4濾除閑散噪聲后，經(jīng)快速光電探測(cè)器5轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的混濁電脈沖信號(hào)，輸 入到八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器7的正(+ )端;可調(diào)諧穩(wěn)壓源6輸出的電壓信號(hào)作為比較電壓加載到八 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器7的負(fù)(-)端;最終，由八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器7的低4位最低有效位化SB)并行輸出端 口（油、4、油、泌)輸出4路高速實(shí)時(shí)真隨機(jī)數(shù)序列;所述鎖模脈沖激光器1輸出的高重頻/、時(shí) 間抖動(dòng)處于fs量級(jí)的超短光脈沖序列中/1?于激光混濁賭源2輸出混濁信號(hào)80%帶寬的4倍； 所述八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器7是不含采樣-保持電路的并行輸出型八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器;所述高速實(shí)時(shí) 真隨機(jī)數(shù)序列的實(shí)時(shí)碼率由模數(shù)轉(zhuǎn)換器7的低4位最低有效位化SB)和重頻/決定，等于4X /〇
[0032] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作出詳細(xì)說明。
[0033] 如附圖1中所示，鎖模脈沖激光器1輸出重復(fù)頻率巧運(yùn)里取作40 GHz)、波長為1550 nm的超短光脈沖序列，作為控制信號(hào)進(jìn)入到全光開關(guān)3中。與此同時(shí)，激光混濁賭源2發(fā)射的 波長為1560 nm的連續(xù)混濁光信號(hào)由全光開關(guān)3的探測(cè)信號(hào)端輸入。附圖3是該混濁信號(hào)的 頻譜圖，經(jīng)計(jì)算其80%約5 G化。在控制信號(hào)(超短光脈沖序列）的作用下，對(duì)應(yīng)超短脈沖的時(shí) 亥IJ，全光開關(guān)3打開，相應(yīng)時(shí)間的混濁信號(hào)可輸出；反之，當(dāng)沒有超短脈沖的時(shí)刻，全光開關(guān)3 關(guān)閉，則無混濁信號(hào)輸出。運(yùn)樣，全光開關(guān)3就完成了對(duì)混濁光信號(hào)的過采樣，輸出重復(fù)頻率 與超短脈沖序列頻率/40 G化一致的、但峰值功率混濁起伏的光脈沖序列。
[0034] 采樣后獲得的混濁光脈沖序列經(jīng)光帶通濾波器4濾除閑散噪聲后，經(jīng)快速光電探 測(cè)器5轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入到八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器7的正(+ )端;可調(diào)諧穩(wěn)壓源6輸出的電壓信號(hào) 作為比較電壓加載到八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器7的負(fù)(-)端。調(diào)節(jié)可調(diào)諧恒壓源6的電壓大小，使之等 于混濁電脈沖序列的峰值電壓的中值。運(yùn)樣，每一個(gè)混濁電脈沖將會(huì)被編碼為8個(gè)bit,分別 由八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器7的8個(gè)輸出端口（油、A、泌、泌、么、油、油、成)輸出。附圖2是1位最低有效位 油的分布圖。附圖3是2位最低有效位油、c/i的分布圖。附圖4是3位最低有效位油、c/i、油的分布 圖。附圖5是4位最低有效位油、A、油、成的分布圖。附圖6是本發(fā)明8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出保留5 位最低有效位油、(A、泌、泌、么的分布圖。
[0035] 理想的真隨機(jī)數(shù)序列應(yīng)該滿足'0'和'1'均勻分布和無偏置特性，因此，本發(fā)明只 保留4個(gè)最低有效位作為真隨機(jī)數(shù)輸出。此時(shí)，該高速實(shí)時(shí)真隨機(jī)數(shù)序列的實(shí)時(shí)碼率由模數(shù) 轉(zhuǎn)換器7的低4位最低有效位化SB)和重頻/前乘積聯(lián)合決定，等于4 X /=4 X 40=160 Gb/s。
[0036] 理想的真隨機(jī)數(shù)序列除了分布均勻外，還應(yīng)具有相互獨(dú)立性。為了檢驗(yàn)本發(fā)明所 產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)的隨機(jī)質(zhì)量，發(fā)明人們采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所（NIST)提供的 Special化blication 800-22隨機(jī)數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所生成的隨機(jī)數(shù)序列進(jìn)行了測(cè)試。NIST 隨機(jī)數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是國際通用標(biāo)準(zhǔn)，共包含15項(xiàng)測(cè)試，每項(xiàng)測(cè)試結(jié)果用刮直表示。若片直大于 顯著水平值f 0.01時(shí)，則表明所測(cè)隨機(jī)數(shù)序列通過了相應(yīng)的測(cè)試。進(jìn)一步，計(jì)算了每項(xiàng)測(cè) 試的通過率來進(jìn)一步驗(yàn)證序列隨機(jī)特性的有效性及正確性。當(dāng)每項(xiàng)測(cè)試的通過率大于
1，認(rèn)為所測(cè)隨機(jī)數(shù)具有良好的隨機(jī)性。運(yùn)里，/7 = I-K
[0037] 具體地，發(fā)明人分別采集了 1000組容量為1 Mbit的真隨機(jī)碼序列進(jìn)行NIST測(cè) 試。運(yùn)時(shí)，要求每項(xiàng)測(cè)試的通過率大于0.9806。發(fā)明人的測(cè)試結(jié)果表明本發(fā)明所產(chǎn)生的各 種速率下的全光真隨機(jī)數(shù)均具有高質(zhì)量的隨機(jī)特性，皆能成功通過NIST隨機(jī)數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。 附表1給出了對(duì)本發(fā)明所產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)進(jìn)行NIST測(cè)試的一個(gè)最差的測(cè)試結(jié)果，但是各項(xiàng)測(cè) 試戶值依然均大于0.01，各項(xiàng)測(cè)試通過率均大于0.9806,達(dá)到了隨機(jī)數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，證明本發(fā) 明產(chǎn)生的真隨機(jī)碼隨機(jī)性良好。
[00；3 引
由上論還可者劍，本發(fā)明的高速實(shí)時(shí)具隨機(jī)媽發(fā)生器在堅(jiān)個(gè)信號(hào)處理中，并小需 要電時(shí)鐘和后續(xù)處理的參與，從而有效避免了由電子時(shí)鐘抖動(dòng)導(dǎo)致的電子ADC速率瓶頸問 題。本發(fā)明采用全光開關(guān)利用超低抖動(dòng)的超短光脈沖在全光域中對(duì)混濁信號(hào)進(jìn)行超低抖動(dòng) 采樣，將過采樣技術(shù)和無須電時(shí)鐘觸發(fā)的、不含采樣-保持電路的并行輸出型8位ADC對(duì)混濁 脈沖進(jìn)行量化處理，產(chǎn)生百化/s量級(jí)的真隨機(jī)碼序列，將現(xiàn)有技術(shù)的碼率提高了至少兩個(gè) 數(shù)量級(jí)。另外，本發(fā)明的真隨機(jī)碼發(fā)生器，無須同類技術(shù)所必須的繁雜后續(xù)處理過程，有效 避免了后續(xù)處理過程中高速電子元件之間的同步難題。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，包括鎖模脈沖激光器、激光混沌熵源、全 光開關(guān)、光帶通濾波器、快速光電探測(cè)器、可調(diào)諧穩(wěn)壓源及八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器;其特征在于： 鎖模脈沖激光器（1)輸出高重頻八時(shí)間抖動(dòng)處于fs量級(jí)的超短光脈沖序列，加載到全 光開關(guān)(3)的控制信號(hào)輸入端，控制全光開關(guān)(3)的通斷；同時(shí)激光混沌熵源(2)輸出的連續(xù) 混沌光信號(hào)由全光開關(guān)(3)的探測(cè)信號(hào)端輸入，在控制信號(hào)作用下，全光開關(guān)(3)完成對(duì)混 沌光信號(hào)的過采樣，輸出重復(fù)頻率與超短脈沖序列頻率/一致的、但峰值功率混沌起伏的光 脈沖序列;采樣后獲得混沌光脈沖序列經(jīng)光帶通濾波器(4)濾除閑散噪聲后，經(jīng)快速光電探 測(cè)器(5)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的混沌電脈沖信號(hào)，輸入到八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7)的正極端;可調(diào)諧穩(wěn)壓 源(6)輸出的電壓信號(hào)作為比較電壓加載到八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7)的負(fù)極端;最后由八位模數(shù) 轉(zhuǎn)換器(7)的低四位最低有效位并行輸出端口輸出四路高速實(shí)時(shí)真隨機(jī)數(shù)序列。2. 如權(quán)利要求1所述的過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于:所述鎖模脈 沖激光器（1)輸出的高重頻八時(shí)間抖動(dòng)處于fs量級(jí)的超短光脈沖序列中_于激光混沌熵 源(2)輸出混沌信號(hào)80%帶寬的四倍。3. 如權(quán)利要求1所述的過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于:所述八位模 數(shù)轉(zhuǎn)換器(7)是不含采樣-保持電路的并行輸出型八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。4. 如權(quán)利要求1所述的過采樣高速實(shí)時(shí)光學(xué)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于:所述高速實(shí) 時(shí)真隨機(jī)數(shù)序列的實(shí)時(shí)碼率由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7)的低四位最低有效位和重頻/決定，等于4X f〇
【文檔編號(hào)】G06F7/58GK105955707SQ201610270694
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】李璞, 王云才, 孫媛媛, 劉香蓮, 易小剛
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)