[發(fā)明專利]基于光電振蕩器產(chǎn)生高速隨機數(shù)的裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110421509.3
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113132018A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明;葛增亭;肖曄;郝騰飛;李偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H04B10/54
• 分類號: H04B10/54
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉歌

1.一種基于光電振蕩器產(chǎn)生高速隨機數(shù)的裝置，包括：

第一發(fā)光模塊(1)，用于產(chǎn)生第一光信號；

第二發(fā)光模塊(4)，用于產(chǎn)生第二光信號；

正反饋環(huán)路(2)，包括：

光環(huán)形器(22)，并包括至少3個用于傳輸光信號的端口；以及

光電探測器(24)；

波分復用器(5)，用于對所述第二光信號與所述第一光信號進行耦合，以形成耦合光束；其中，所述波分復用器(5)經(jīng)所述光環(huán)形器(22)接收第一光信號；

開放光纖(6)，基于所述耦合光束產(chǎn)生后向瑞利散射光；其中，所述后向瑞利散射光的傳輸方向與所述第一光信號的傳輸方向相反，并經(jīng)所述第二光信號增益后形成隨機光信號；所述隨機光信號經(jīng)所述光環(huán)形器(22)返回所述正反饋環(huán)路(2)；所述光電探測器(24)將所述隨機光信號轉(zhuǎn)換為隨機微波信號；以及

隨機數(shù)生成模塊(3)，用于基于所述隨機微波信號生成隨機數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述正反饋環(huán)路(2)還包括：

光放大器(23)，用于對所述隨機光信號進行信號放大；

功分器(25)，用于將所述隨機微波信號分為第一微波信號和第二微波信號；所述隨機數(shù)生成模塊(3)對所述第二微波信號進行采樣與處理，并生成隨機數(shù)；

電放大器(26)，用于對所述第一微波信號進行放大；以及

調(diào)制器(21)，用于對放大的所述第一微波信號進行調(diào)制，并加載在所述第一光信號上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，

所述功分器(25)與所述隨機數(shù)生成模塊(3)通過電纜(8)連接；

所述功分器(25)后的電纜(8)分為多束電纜單元(81)，所述多束電纜單元(81)分別與所述隨機數(shù)生成模塊(3)連接，用于將所述第二微波信號分為多個微波信號單元；

其中，所述多束電纜單元(81)中至少兩束電纜單元(81)的長度不同，用于形成多批次到達的多個微波信號單元，以提升隨機數(shù)產(chǎn)生的速率。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，

所述光放大器(23)與所述光電探測器(24)之間通過光纖連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，

所述光放大器(23)的輸出端后方的光纖(7)分為多束光纖單元(71)，且在到達所述光電探測器(24)的輸入端前合并為一束光纖(7)，用以將所述隨機光信號分為多個隨機光信號單元后，分別經(jīng)歷不同的傳輸時間后再次疊加，以提高隨機光信號隨機分布的均勻性；

其中，所述多束光纖單元(71)之中包括至少兩束光纖單元(71)的長度不同。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，

所述第二發(fā)光模塊(4)包括拉曼激光器；

所述開放光纖(6)的輸出端為開放的端口；

所述開放的端口的端面與垂直方向呈一斜角；其中所述斜角為8°至10°。

7.一種基于光電振蕩器產(chǎn)生高速隨機數(shù)的方法，采用如權(quán)利要求1至6中任一項所述的基于光電振蕩器產(chǎn)生高速隨機數(shù)的裝置，包括：

第一發(fā)光模塊(1)產(chǎn)生第一光信號；

第二發(fā)光模塊(4)產(chǎn)生第二光信號；

正反饋環(huán)路(2)中的光環(huán)形器(22)將所述第一光信號傳輸至波分復用器(5)；

波分復用器(5)對所述第二光信號與所述第一光信號進行耦合，以形成耦合光束；

開放光纖(6)將基于所述耦合光束產(chǎn)生后向瑞利散射光；其中，所述后向瑞利散射光的傳輸方向與所述第一光信號的傳輸方向相反，并經(jīng)所述第二光信號增益后形成隨機光信號；所述隨機光信號經(jīng)所述光環(huán)形器(22)返回正反饋環(huán)路(2)；

光電探測器(24)將所述隨機光信號轉(zhuǎn)換為隨機微波信號；

隨機數(shù)生成模塊(3)基于所述隨機微波信號生成隨機數(shù)。