[发明专利]基于混沌激光的真随机码发生装置及其发生方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混沌激光的真随机码发生装置及其发生方法，包括混沌激光发生器I，全光模数转换器I，混沌激光发生器II，全光模数转换器II以及全光异或逻辑门，也包括混沌激光的真随机码发生方法。具体地说，是一种利用混沌激光实现的真随机码装置及其发生方法，应用于军事、通信、遥感以及保密等领域。

背景技术

随机码应用广泛。例如，随机序列用作雷达中的测距信号、通信测试、密码算法以及遥控遥测中的测控信号，数字通信中加扰和解扰信号，码分多址中的地址码和扩频码等。

随机码分为伪随机码和真随机码，伪随机码产生由于其固有规律性，使得其不是真正意义上的随机码。真随机码产生基于某些物理量的变化，其随机性取决于物理量的随机性。实用安全的真随机码发生器通常利用自然界的物理现象来产生。产生真随机码的方法有多种，例如：

1)基于放射源的随机放射特性(CN12227679A，US2003/0018674A1)可实现真随机码的产生，但由于数据采集难度大，速率低，不易集成、安全防护等原因，使得其应用受到局限性。

2)基于量子光学过程实现的真随机码发生器(US2007/0127718A1，CN1558581A)，这种方法通过光量子的随机性实现真随机码产生，该真随机码的产生装置，尤其是后续的单光子探测技术较为复杂，受探测装置的限制，随机数的速率通常在Mbit/s。

3)通过构造各种电路产生随机数(CN1420431A，CN101477450A，CN1588304A)或基于各种振荡器电路实现随机数发生器(CN101162998A CN1573681A，CN10290566A)。

真随机码发生器尽管有多种方法可以产生，但大都基于某些物理量的随机变化，其速率低是其主要的不足。基于量子光学过程产生的随机码系统复杂，且不易操作。基于电路产生的真随机码受电路硬件的带宽限制，使得现有基于电子硬件的真随机码发生器的码率均在Mbit/s的量级。

在现有的真随机码发生器的技术方案中，利用混沌电路或其他随机物理现象可产生真随机码，但产生过程中都是采用电路来进行数据的采集和编码，基于数字电子技术的电处理系统已经逼近电子器件的处理上限，进一步提高设备处理信息的速率和容量的难度越来越大，利用电子器件很难产生高速的真随机码，无法满足大容量高速通信等领域的需求。

为了解决这一问题，与本发明密切相关的一种基于混沌激光的真随机码发生器及其产生随机码的方法(CN101079615A)，利用半导体激光器在适当条件下可产生数GHz带宽的混沌激光，提出利用混沌激光实现真随机码的产生，通过光电探测器将变成电信号，进行处理得到真随机码输出。2008年12月，日本的内田淳夫报道了采用与相关专利(CN101079615A))相同的原理实现了1.7Gbit/s的真随机码。(″Fast physical random bit generation withchaotic semiconductor lasers，″Nature Photonics，vol.2，no.12，pp.728-732，2008)。但是，这一方法仅仅利用了宽带混沌激光发生器，还需要进行光电转换，其模数转换和逻辑门器件均采用电子器件，受电子器件带宽瓶颈的影响，很难产生更高速度随机数。

发明内容

本发明提出的问题是基于混沌激光的真随机码发生装置，实现全光的真随机码，用以解决现有电子硬件的真随机码的传输速率低以及应用受到局限的问题。其目的是提供一种基于混沌激光的真随机码发生装置及其发生方法。

本发明一种基于混沌激光的真随机码发生装置，包括混沌激光发生器，全光模数转换器以及全光异或逻辑门，其构成在于由混沌激光发生器I发出的光信号传输到全光模数转换器I；混沌激光发生器II发出的光信号传输到全光模数转换器II，全光模数转换器I和全光模数转换器II发出的光信号传输到全光异或逻辑门构成基于混沌激光的真随机码发生装置。

本发明上述发生装置的技术方案所述的混沌激光发生器I和混沌激光发生器II发出的光信号是混沌激光；所述的全光模数转换器I和全光模数转换器II发出的光信号是全光随机码；所述的光信号传输是光纤传输、自由空间传输或者是光纤和自由空间传输；所述的混沌激光发生器I和混沌激光发生器II是半导体激光器或者是光纤激光器；所述的半导体激光器或光纤激光器是光反馈半导体激光器、光注入半导体激光器或者是光纤激光器。