基于宽带激光混沌熵源的高速随机数生成与研究
发布时间：2022-01-08 13:47
随机数在蒙特卡洛模拟、扩频通信、雷达测距、信息安全等领域中有着非常广泛的应用。尤其,在保密通信领域,产生安全可靠的随机数关系到国防安全、金融稳定、商业机密、个人隐私等众多方面。传统的物理随机数发生器多利用电阻热噪声、振荡器抖动和混沌电路等作为物理熵源,但受限于这些熵源的带宽,其速率有限,距离现在的高速通信速率有很大差距。近年来,混沌激光由于其高带宽、幅值随机变化、易集成等特性,适用于高速物理随机数的产生。然而,由于半导体激光器驰豫振荡限制了功率谱的带宽和平坦度,外腔谐振导致混沌信号在外腔周期处具有明显的时延特征,及其外腔半导体激光器的幅度振荡不均衡等问题,极大地限制了物理随机数的熵源速率,恶化了随机数的随机性和可靠性。针对上述问题,本文提出了基于延时相干相位调制、多频正弦相位调制和随机相位调制反馈原理的三种宽带复杂激光混沌熵源产生方案。通过数值仿真基于延时相干相位调制和多频正弦相位调制的激光混沌熵源模型,将混沌信号的有效带宽从原来的10.5GHz分别提高到了81.4GHz和48.6GHz,同时提升了信号频谱的平坦度。与原始混沌信号相比,完全抑制了信号的时延标签（time delay s...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
振荡器采样技术原理图
电子科技大学硕士学位论文4了速率为266Mbit/s的稳定的真随机数发生器[20]。图1-3振荡器采样技术原理图1.3随机数发生器的研究现状目前，由于对宽带光子熵源的研究越来越深入,基于光放大的自发辐射噪声、激光混沌等物理熵源所设计的真随机数发生器可以产生速率达到Gbps量级的随机比特序列，从而满足了一些特殊领域对安全性和速率要求非常高的条件，这在很大程度上促进了高速物理随机数的发展。图1-4基于自发辐射噪声放大的随机数获取方案基于半导体激光器、发光二极管、光放大器等器件的光放大的自发辐射噪声可以产生高速的物理随机数。其基本原理是处于激发态的粒子在回到基态的过程中产生的随机非相干自发辐射，频谱有着很高的带宽，幅值呈现出高斯型对称分布的统计特性。2010年，Williamsh等人基于光纤放大器产生的光谱切片自发辐射噪声而设计了如图1-4所示的随机数发生器，基本原理是掺铒光纤放大器产生的宽带、非相干和非极化的光噪声经过带通滤波器滤除，然后在掺铒光纤放大器中放大，后经偏振分束器分为独立的、均匀分布、正交偏振的噪声信号，最后通过光电探测器之后输入BERT进行比较，从而提取出速率为12.5Gbit/s的随机数[21]。2012
第二章基于激光混沌的物理随机数产生技术7第二章基于激光混沌的物理随机数产生技术2.1基于半导体激光器的混沌信号产生2.1.1半导体激光器理论模型常用的半导体激光器（semiconductorlaser，SL）主要分为边发射激光器（EdgeEmittingLaser,EEL）和垂直腔面发射激光器（VerticalCavitySurfaceEmittingLaser,VCSEL）两类，EEL是从激光器的侧面发光，而VCSEL是从顶部或底部实现输出。本文所研究的SL模型是EEL，自由运行的EEL用Lang-Kobayashi速率方程来描述[29]为：()()(())()d11id2pEtGtEtt=+(2-1)()()()()2ddeNtINtGtEttq=(2-2)()(())(())20Gt=gNtN1+Et(2-3)其中E(t)表示慢变复电场振幅；N(t)和N0分别表示载流子数与透明载流子数；α是线宽增强因子；G(t)表示光增益；q和I分别表示电子电荷和注入电流；ε表示增益饱和因子；g表示差分增益系数；γp表示光子衰减速率，其与有源区内光子寿命τp成反比；而γe表示载流子的复合速率，其与有源区内载流子寿命τe成反比。通过引入附加自由度，能够使SL产生稳定的混沌输出，其中比较典型的三种方法有外部光反愧外部光注入和光电反溃1.外部光反馈图2-1外部光反馈如图2-1所示，外部光反馈生成混沌激光的实现过程为将SL的一部分输出光经过反射镜反射到SL内进行扰动，然后通过控制反馈光的强度和反馈延迟时间来调节SL的非线性动态。光反馈强度对激光器动态有着明显的作用，随着反馈强度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电阻热噪声的真随机数发生器设计[J]. 辛茜,曾晓洋,张国权,郭亚炜. 微电子学与计算机. 2004(07)
[2]OTDR中伪随机码应用的新方法[J]. 薛永端,谢菁,徐丙垠. 山东工程学院学报. 2002(02)
[3]综述:产生伪随机数的若干新方法[J]. 杨自强,魏公毅. 数值计算与计算机应用. 2001(03)
博士论文
[1]基于互注入半导体激光器的混沌同步系统研究[D]. 江宁.西南交通大学 2012
本文编号：3576665
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
振荡器采样技术原理图
电子科技大学硕士学位论文4了速率为266Mbit/s的稳定的真随机数发生器[20]。图1-3振荡器采样技术原理图1.3随机数发生器的研究现状目前，由于对宽带光子熵源的研究越来越深入,基于光放大的自发辐射噪声、激光混沌等物理熵源所设计的真随机数发生器可以产生速率达到Gbps量级的随机比特序列，从而满足了一些特殊领域对安全性和速率要求非常高的条件，这在很大程度上促进了高速物理随机数的发展。图1-4基于自发辐射噪声放大的随机数获取方案基于半导体激光器、发光二极管、光放大器等器件的光放大的自发辐射噪声可以产生高速的物理随机数。其基本原理是处于激发态的粒子在回到基态的过程中产生的随机非相干自发辐射，频谱有着很高的带宽，幅值呈现出高斯型对称分布的统计特性。2010年，Williamsh等人基于光纤放大器产生的光谱切片自发辐射噪声而设计了如图1-4所示的随机数发生器，基本原理是掺铒光纤放大器产生的宽带、非相干和非极化的光噪声经过带通滤波器滤除，然后在掺铒光纤放大器中放大，后经偏振分束器分为独立的、均匀分布、正交偏振的噪声信号，最后通过光电探测器之后输入BERT进行比较，从而提取出速率为12.5Gbit/s的随机数[21]。2012
第二章基于激光混沌的物理随机数产生技术7第二章基于激光混沌的物理随机数产生技术2.1基于半导体激光器的混沌信号产生2.1.1半导体激光器理论模型常用的半导体激光器（semiconductorlaser，SL）主要分为边发射激光器（EdgeEmittingLaser,EEL）和垂直腔面发射激光器（VerticalCavitySurfaceEmittingLaser,VCSEL）两类，EEL是从激光器的侧面发光，而VCSEL是从顶部或底部实现输出。本文所研究的SL模型是EEL，自由运行的EEL用Lang-Kobayashi速率方程来描述[29]为：()()(())()d11id2pEtGtEtt=+(2-1)()()()()2ddeNtINtGtEttq=(2-2)()(())(())20Gt=gNtN1+Et(2-3)其中E(t)表示慢变复电场振幅；N(t)和N0分别表示载流子数与透明载流子数；α是线宽增强因子；G(t)表示光增益；q和I分别表示电子电荷和注入电流；ε表示增益饱和因子；g表示差分增益系数；γp表示光子衰减速率，其与有源区内光子寿命τp成反比；而γe表示载流子的复合速率，其与有源区内载流子寿命τe成反比。通过引入附加自由度，能够使SL产生稳定的混沌输出，其中比较典型的三种方法有外部光反愧外部光注入和光电反溃1.外部光反馈图2-1外部光反馈如图2-1所示，外部光反馈生成混沌激光的实现过程为将SL的一部分输出光经过反射镜反射到SL内进行扰动，然后通过控制反馈光的强度和反馈延迟时间来调节SL的非线性动态。光反馈强度对激光器动态有着明显的作用，随着反馈强度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电阻热噪声的真随机数发生器设计[J]. 辛茜,曾晓洋,张国权,郭亚炜. 微电子学与计算机. 2004(07)
[2]OTDR中伪随机码应用的新方法[J]. 薛永端,谢菁,徐丙垠. 山东工程学院学报. 2002(02)
[3]综述:产生伪随机数的若干新方法[J]. 杨自强,魏公毅. 数值计算与计算机应用. 2001(03)
博士论文
[1]基于互注入半导体激光器的混沌同步系统研究[D]. 江宁.西南交通大学 2012
本文编号：3576665
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3576665.html
