基于混沌激光的无后处理多位物理随机数高速产生技术研究

发布时间：2018-02-27 15:58

  本文关键词： 混沌激光 物理随机数 光采样 保密通信　出处：《物理学报》2017年03期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：提出一种基于混沌激光的无后处理多位物理随机数高速提取方法.该方法在光域中利用锁模激光器作为光时钟,通过太赫兹光非对称解复用器完成对混沌激光的超低抖动光采样,无需射频时钟及后续逻辑处理过程的参与,经多位比较量化可直接产生优质物理随机数.并以光反馈半导体激光器这一典型的混沌激光产生装置作为熵源对所提方法进行了原理性实验论证.结果显示,光反馈半导体激光器产生的6 GHz混沌激光经5 GSa/s实时、低抖动光采样后,利用并行输出型多位比较器对所获混沌脉冲序列进行量化处理,选取最低有效位4位,可直接产生速率达20 Gb/s的随机数.该随机数速率由选取的量化结果最低有效位数和光采样率联合决定,而当前光采样率受限于所用混沌激光熵源的带宽.本文工作可为硬件上实现更高速物理随机数的实时、在线产生提供有力的技术和理论支撑.
[Abstract]:A high speed extraction method of multibit physical random numbers based on chaotic laser is proposed. The mode-locked laser is used as the optical clock in the optical domain. A terahertz optical asymmetric demultiplexer is used to sample the ultra-low jitter light of chaotic laser without the participation of RF clock and subsequent logic processing. The high quality physical random number can be directly generated by quantization by multi-bit comparison. The principle of the proposed method is demonstrated by using the optical feedback semiconductor laser, a typical chaotic laser generator, as an entropy source. The results show that, The 6 GHz chaotic laser produced by optical feedback semiconductor laser is sampled by 5 GSa/s in real time and low jitter light. The obtained chaotic pulse sequence is quantized by a parallel output multibit comparator, and the lowest effective bit 4 bits are selected. A random number with a rate of up to 20 Gb/s can be generated directly. The rate of random number is determined by the minimum significant bit number of the selected quantization result and the optical sampling rate. However, the current optical sampling rate is limited by the bandwidth of the chaotic laser entropy source. This work can provide powerful technical and theoretical support for the hardware implementation of higher speed physical random numbers in real time and online generation.
【作者单位】： 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室;太原理工大学物理与光电工程学院光电工程研究所;
【基金】：国家自然科学基金科学仪器基础研究专款(批准号:61227016)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号:61405138,61505137,51404165) 国家国际科技合作专项(批准号:2014DFA50870) 山西省自然科学基金(批准号:2015021088) 山西省高等学校科技创新项目(批准号:2015122)资助的课题~~
【分类号】：TN249;TN918

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本文编号：1543338