[发明专利]一种基于混沌激光产生全光高速随机数的装置与方法

权利要求书

1.一种基于混沌激光产生全光高速随机数的装置，其特征在于，包括一个混沌激光发射装置（1）、与混沌激光发射装置（1）输出端相连接的全光采样器（2）以及与全光采样器（2）输出端相连接的利用基于非线性偏振旋转效应构建的全光量化器（3）；

所述的全光量化器（3）包括多个全光量化器单元；每个全光量化器单元包括第一偏振相关隔离器（3a）、第二偏振相关隔离器（3e）、第三偏振控制器（3b）、第四偏振控制器（3d）以及一段标准单模光纤（3c）；

每个全光量化器单元的第一偏振相关隔离器（3a）的输出端连接第三偏振控制器（3b）的输入端，第三偏振控制器（3b）的输出端连接标准单模光纤（3c）的输入端，标准单模光纤（3c）的输出端连接第二偏振控制器（3d）的输入端，第四偏振控制器（3d）的输出端连接第二偏振相关隔离器（3e）的输入端，第二偏振相关隔离器（3e）的输出端作为全光量化器单元的输出端；

全光量化器单元的个数以及偏振控制器的状态完全由混沌激光发射装置（1）输出的混沌脉冲的幅值分布决定，多个全光量化器单元顺次连接，位于前端的全光量化器单元的第一偏振相关隔离器（3a）的信号输入端与全光采样器（2）的输出端相连接；位于末端的全光量化器单元的第二偏振相关隔离器（3e）的输出端作为全光量化器的输出端。

2.如权利要求1所述的一种基于混沌激光产生全光高速随机数的装置，其特征在于：所述全光采样器（2）是基于半导体光放大器-非线性偏振旋转效应的全光采样器，包括一个光时钟（2a）、半导体光放大器（2d）、第一偏振控制器（2b）、第二偏振控制器（2e）、光带通滤波器（2f），第一光纤耦合器（2c）、第二光纤耦合器（2h）以及偏振分束器（2g）；光时钟（2a）的输出端与第一偏振控制器（2b）的输入端连接，第一偏振控制器（2b）的输出端连接第一光纤耦合器（2c）的输入端，所述第一光纤耦合器（2c）的输出端连接半导体光放大器（2d）的输入端，所述半导体光放大器（2d）的输出端连接第二偏振控制器（2e）的输入端，所述第二偏振控制器（2e）的输出端连接光带通滤波器（2f）的输入端，所述光带通滤波器（2f）的输出端连接偏振分束器（2g）的输入端，所述偏振分束器（2g）的输出端连接第二光纤耦合器（2h）的输入端，所述第二光纤耦合器（2h）的输出端作为全光采样器（2）的输出端。

3.一种基于混沌激光产生全光高速随机数的方法，采用如权利要求1或2所述的装置来实现，其特征在于，将产生的混沌激光信号经过全光采样器（2）进行采样形成强度呈随机数起伏的混沌脉冲序列，然后利用基于非线性偏振旋转效应的技术构建的全光量化器（3）进行量化，最终实现“0”，“1”码均匀分布的随机码；所述量化过程如下：将强度呈随机数起伏的混沌脉冲序列输入到全光量化器（3），脉冲序列顺次经过第一偏振相关隔离器（3a）、第三偏振控制器（3b）、标准单模光纤（3c）、第四偏振控制器（3d）、第二偏振相关隔离器后（3e）后，输出信号产生线性相移和非线性相移，当标准单模光纤（3c）长度、标准单模光纤（3c）参数及偏振控制器状态一定时，由全光量化器（3）引起的线性相移为定值；而非线性相移是与混沌脉冲强度相关的函数，对于不同强度的混沌脉冲将产生不同的透过率；画出混沌脉冲相移和和透过率的图像，将全光量化器单元分成前后两部分；通过控制前部的全光量化器单元光纤长度及混沌脉冲的偏振态，使位于前部的全光量化器单元工作在所述图像的正反馈区域内，起到类可饱和吸收体的作用；弱小的混沌脉冲被前部的全光量化器单元吸收直到小于阈值的混沌激光脉冲经过前部的全光量化器单元后被衰减为零，而强度较大的脉冲经过前部的全光量化器单元透过率较大；对混沌脉冲进行阈值判决，形成一系列的高低脉冲序列；为了获得“0”脉冲强度为零，“1”脉冲强度均衡的随机序列，经过阈值判决的高低脉冲序列通过后部的全光量化器单元，调节标准单模光纤（3c）长度及脉冲序列的偏振态，使后部的全光量化器单元工作在所述图像的负反馈区域内，起到光限幅的作用，使强度较大的脉冲透过率低，而强度较小的脉冲透过率高，直到最后一个全光量化器单元输出“1”脉冲强度均衡的随机序列，从而获得高速的全光随机码序列。