全光随机数发生器中全光量化方案的研究

摘要

随机数在通信以及计算方面有着非常广泛的应用，例如信息安全、量子保密系统和计算机仿真等。随机数分为伪随机数和真随机数。伪随机数由一个随机种子通过一定的算法产生，虽然可以产生高速的伪随机数，但在保密以及并行计算系统的应用中会产生严重的问题。而真随机数发生器的熵源通常为物理随机过程，使得真随机数具有不可预测、不可再生、无统计偏差的特性，具有很高的安全性。因此真随机数得到了广泛的研究与应用。
　　产生真随机数的方法可分为电子模数转换技术、光电子模数转换技术和全光模数转换技术三种。目前，电子模数转换技术已经相当成熟，但是由于电子迁移速率存在物理极限，使得其模拟带宽的发展空间受到限制。而全光模数转换技术在光域进行信号处理，可有效克服“电子瓶颈”的限制，从而解决了电子模数转换技术中存在的问题。因此，我们课题组提出了通过全光模数转换产生随机数的方案。此方案中全部过程均在光域进行，可以有效克服“电子瓶颈”，从而实现随机数产生速率的大幅度提高。
　　全光模数转换的实现包括采样、量化、编码三个步骤。本文主要针对全光量化部分进行研究。主要工作有以下几点:
　　1.通过阐述模数转换器在现代信息处理和通信中的重要作用以及电子ADC的局限，说明光模数转换技术的重要性、优势、研究背景以及发展历史;之后也重点介绍了几种主流的全光量化技术的理论与技术方案，对各种量化方案进行分析对比;最后说明本文的研究意义。
　　2.第二章介绍四分之一波长(λ/4)相移DFB激光器的结构及特性，说明用其进行光量化的原理。根据耦合波理论以及传输矩阵法构建λ/4相移DFB激光器的理论模型。
　　3.第三章对λ/4相移DFB激光器的双稳态特性进行详细地静态仿真分析。包括偏置电流、耦合系数、端面反射率以及芯片长度这些参数对λ/4相移DFB激光器的输出双稳态特性的具体影响，评价的依据是双稳态曲线的高阈值边界点、双稳态区域宽度、消光比以及斜率。
　　4.第四章通过静态分析选取合适的参数组合进行全光比较功能的动态仿真分析。仿真得到了高阈值精度和高消光比的阈值比较结果，证明了用λ/4相移DFB激光器进行光量化的可行性。
　　5.总结本文内容，并对未来发展做出展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 光模数转换器(ADC)的研究历史

1．2．1 光辅助ADC

1．2．2 光采样和电量化的ADC

1．2．3 光量化和电采样的ADC

1．2．4 光采样和光量化的ADC

1．3 全光量化技术的研究进展

1．4 全光模数转换的研究意义

1．5 本文的选题目的和研究内容

第二章 基于λ／4相移DFB激光器光量化的结构及原理

2．1 λ／4相移DFB激光器及其工作原理

2．2 λ／4相移DFB激光器的理论模型

2．3 本章小结

第三章 λ／4相移DFB激光器的静态分析

3．1 静态仿真分析及结果

3．2 本章小结

第四章 λ／4相移DFB激光器的动态分析

4．1 比较器仿真结果

4．2 关于相移激光器输出高功率水平PH的功率值不相等

4．3 比较器的响应速率

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文的主要工作

5．2 对未来的展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文