[發明專利]一種基于混沌激光產生全光高速隨機數的裝置與方法

有效

• 申請號: 201710612909.6
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107203366B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 劉香蓮;王云才;李璞;郭曉敏;郭龑強;張建國
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;曹一杰

1.一種基于混沌激光產生全光高速隨機數的裝置，其特征在于，包括一個混沌激光發射裝置（1）、與混沌激光發射裝置（1）輸出端相連接的全光采樣器（2）以及與全光采樣器（2）輸出端相連接的利用基于非線性偏振旋轉效應構建的全光量化器（3）；

所述的全光量化器（3）包括多個全光量化器單元；每個全光量化器單元包括第一偏振相關隔離器（3a）、第二偏振相關隔離器（3e）、第三偏振控制器（3b）、第四偏振控制器（3d）以及一段標準單模光纖（3c）；

每個全光量化器單元的第一偏振相關隔離器（3a）的輸出端連接第三偏振控制器（3b）的輸入端，第三偏振控制器（3b）的輸出端連接標準單模光纖（3c）的輸入端，標準單模光纖（3c）的輸出端連接第二偏振控制器（3d）的輸入端，第四偏振控制器（3d）的輸出端連接第二偏振相關隔離器（3e）的輸入端，第二偏振相關隔離器（3e）的輸出端作為全光量化器單元的輸出端；

全光量化器單元的個數以及偏振控制器的狀態完全由混沌激光發射裝置（1）輸出的混沌脈沖的幅值分布決定，多個全光量化器單元順次連接，位于前端的全光量化器單元的第一偏振相關隔離器（3a）的信號輸入端與全光采樣器（2）的輸出端相連接；位于末端的全光量化器單元的第二偏振相關隔離器（3e）的輸出端作為全光量化器的輸出端。

2.如權利要求1所述的一種基于混沌激光產生全光高速隨機數的裝置，其特征在于：所述全光采樣器（2）是基于半導體光放大器-非線性偏振旋轉效應的全光采樣器，包括一個光時鐘（2a）、半導體光放大器（2d）、第一偏振控制器（2b）、第二偏振控制器（2e）、光帶通濾波器（2f），第一光纖耦合器（2c）、第二光纖耦合器（2h）以及偏振分束器（2g）；光時鐘（2a）的輸出端與第一偏振控制器（2b）的輸入端連接，第一偏振控制器（2b）的輸出端連接第一光纖耦合器（2c）的輸入端，所述第一光纖耦合器（2c）的輸出端連接半導體光放大器（2d）的輸入端，所述半導體光放大器（2d）的輸出端連接第二偏振控制器（2e）的輸入端，所述第二偏振控制器（2e）的輸出端連接光帶通濾波器（2f）的輸入端，所述光帶通濾波器（2f）的輸出端連接偏振分束器（2g）的輸入端，所述偏振分束器（2g）的輸出端連接第二光纖耦合器（2h）的輸入端，所述第二光纖耦合器（2h）的輸出端作為全光采樣器（2）的輸出端。

3.一種基于混沌激光產生全光高速隨機數的方法，采用如權利要求1或2所述的裝置來實現，其特征在于，將產生的混沌激光信號經過全光采樣器（2）進行采樣形成強度呈隨機數起伏的混沌脈沖序列，然后利用基于非線性偏振旋轉效應的技術構建的全光量化器（3）進行量化，最終實現“0”，“1”碼均勻分布的隨機碼；所述量化過程如下：將強度呈隨機數起伏的混沌脈沖序列輸入到全光量化器（3），脈沖序列順次經過第一偏振相關隔離器（3a）、第三偏振控制器（3b）、標準單模光纖（3c）、第四偏振控制器（3d）、第二偏振相關隔離器后（3e）后，輸出信號產生線性相移和非線性相移，當標準單模光纖（3c）長度、標準單模光纖（3c）參數及偏振控制器狀態一定時，由全光量化器（3）引起的線性相移為定值；而非線性相移是與混沌脈沖強度相關的函數，對于不同強度的混沌脈沖將產生不同的透過率；畫出混沌脈沖相移和和透過率的圖像，將全光量化器單元分成前后兩部分；通過控制前部的全光量化器單元光纖長度及混沌脈沖的偏振態，使位于前部的全光量化器單元工作在所述圖像的正反饋區域內，起到類可飽和吸收體的作用；弱小的混沌脈沖被前部的全光量化器單元吸收直到小于閾值的混沌激光脈沖經過前部的全光量化器單元后被衰減為零，而強度較大的脈沖經過前部的全光量化器單元透過率較大；對混沌脈沖進行閾值判決，形成一系列的高低脈沖序列；為了獲得“0”脈沖強度為零，“1”脈沖強度均衡的隨機序列，經過閾值判決的高低脈沖序列通過后部的全光量化器單元，調節標準單模光纖（3c）長度及脈沖序列的偏振態，使后部的全光量化器單元工作在所述圖像的負反饋區域內，起到光限幅的作用，使強度較大的脈沖透過率低，而強度較小的脈沖透過率高，直到最后一個全光量化器單元輸出“1”脈沖強度均衡的隨機序列，從而獲得高速的全光隨機碼序列。