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

摘要

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属于通信技术领域，具体涉及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，该发生器包括混沌激光发射机1、光电探测器2、比较器3和数据处理器4且它们之间依次相连；其混沌激光发射机1可由激光器1a、准直透镜2a、分束器3a、光衰减器4a和反射镜5a组成且它们之间依次相连。利用上述装置产生真随机码的方法：利用光反馈或光注入方式实现混沌激光输出，输出的混沌激光经过光电探测器2转换成电信号，由比较器3对输出的混沌信号进行量化，最后通过数据处理器4实现二进制真随机码序列输出。该真随机码发生器利用混沌激光作为随机源，产生的真随机信号，具有很高的速率和随机性。

说明书

技术领域

本发明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属于通信技术领域，具体涉及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。

背景技术

随机码和随机信号应用非常广泛，尤其在通信领域。

随机码可分为伪随机码和真随机码。伪随机码一般由数学方法产生，是利用复杂的算法或者算法组合加上种子源来产生伪随机码。一般而言，算法虽然复杂，但是总存在一定的规律，只要知道算法的规律，即可预测出伪随机码的分布情况，不能算是真正意义上的随机码。

真随机码的产生是基于某些物理量的随机性变换。这种随机码的随机性取决于物理量的随机特性，用此方法产生的真随机码，随机性远比伪随机码好。常见的用来产生随机码的物理过程有：热噪声、量子随机事件、核衰变过程、电混沌等。

已见报道的随机码发生器有以下几类：

1.利用噪声作为随机信号源。采用模拟电路产生白噪声(CN85102755A)或利用高频三极管产生宽带随机噪声电压(CN1327304A)或由电源面上两个点提取出来差分噪音(CN1278965A，US6247033B1)或利用Z二极管作为热噪声源(WO03098428)。

2.基于一个随机跳频的振荡源产生随机信号(CN1165436A)。

3.利用单探头量子真随机码装置产生随机码(CN1707309A)。

4.利用随机序列发生器产生随机序列，通过异或-产生随机码(CN1343389A和US006593788B1)或利用随机序列控制电阻(电容)和电子模拟开关组成的开关网络以产生随机信号(CN1062225A)。

利用电路产生的随机信号，其带宽小且随机性差；而量子随机源由于数据采集困难，设备复杂等因素的影响，很难实现实用化。

发明内容

本发明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目的在于提出一种基于混沌激光的真随机码发生器，该发生器采用混沌激光作为随机源，为了提高输出随机信号的随机性。

本发明一种基于混沌激光的真随机码发生器包括混沌激光发射机1、光电探测器2、比较器3和数据处理器4且它们之间依次相连。

所述的基于混沌激光的真随机码发生器，该发生器包括混沌激光发射机1、光电探测器2、比较器3和数据处理器4且它们之间依次相连；其混沌激光发射机由激光器1a、准直透镜2a、分束器3a、光衰减器4a和反射镜5a组成或由注入激光器1b、光纤耦合器2b、光衰减器3b、偏振控制器4b和被注入激光器5b组成或由激光器1c、光纤耦合器2c、光衰减器3c、偏振控制器4c和反射镜5c组成，其混沌激光发射机1的三种组成的器件之间全部是依次连接，其光电探测器2采用红外光电探测器，比较器3采用单门限比较器，数据处理器4采用前沿触发的S-C触发器。

上述的真随机码发生器产生随机码的方法，其特征在于：首先利用光反馈或光注入方式实现混沌激光输出，而后输出的混沌激光经过光电探测器转换成电信号，再通过比较器对输出的混沌信号进行量化，输出TTL信号，最后通过数据处理器实现二进制真随机码序列输出。

上述的真随机码发生器产生随机码的方法，其特征在于所述的光反馈方式是利用反射镜5a或反射镜5c把输出激光反馈回激光器1a或激光器1c，实现混沌激光输出；所述的光注入方式是利用注入激光器1b输出的激光注入到被注入激光器5b中，实现混沌激光输出。

本发明基于混沌激光的真随机码发生器及产生随机码的方法和已见报道的随机码发生器比较有以下优点：

1.选用混沌激光发射机产生的混沌激光作为随机源，输出的随机信号具有高的随机性和稳定性。

2.混沌激光的频带宽且容易产生。

3.可采用商用半导体激光器作为光源，成本较低。

附图说明

图1、本发明的基于混沌激光真随机码发生器的结构示意图；

1：混沌激光发射机，2：光电探测器，3：比较器，4：数据处理器

图2、本发明的基于混沌激光的真随机码发生器的一个具体结构示意图；

1：混沌激光发射机，2：光电探测器，3：比较器，4：数据处理器，1a：激光器，2a：准直透镜，3a：分束器，4a：光衰减器，5a：反射镜

图3、本发明的基于混沌激光的真随机码发生器的另一个具体结构示意图；

1：混沌激光发射机，2：光电探测器，3：比较器，4：数据处理器，1b：注入激光器，2b：光纤耦合器，3b：光衰减器，4b：偏振控制器，5b：被注入激光器

图4、本发明的基于混沌激光的真随机码发生器的另一结构示意图；

1：混沌激光发射机，2：光电探测器，3：比较器，4：数据处理器，1c：激光器，2c：光纤耦合器，3c：光衰减器，4c：偏振控制器，5c：反射镜

具体实施方式

为了更好地说明本发明的基于混沌激光的真随机码发生器及产生随机码的方法，下面结合附图2、附图3和附图4对本发明基于混沌激光的真随机码发生器及产生随机码的方法做进一步的描述。

实施方式一：

图2是利用光反馈方式实现混沌激光输出的真随机码发生器的一种结构示意图。具体实施方式如下：

基于混沌激光的真随机码发生器，包括混沌激光发射机1、光电探测器2、比较器3和数据处理器4且它们之间依次相连，其中混沌激光发射机1包括激光器1a、准直透镜2a、分束器3a、光衰减器4a和反射镜5a，且它们之间依次连接；所述随机码发生器，其光电探测器2采用红外探测器，比较器3采用单门限比较器，数据处理器4采用前沿触发的S-C触发器。

激光器1a选用商用半导体激光器(Sharp LT024MD0)，输出中心波长为780nm激光，输出光经过准直透镜2a后经由分束器3a分为两束，透射光经过一个光衰减器4a后由反射镜5a反射回激光器1a，反射镜的反射率为85％。激光器1a输出混沌激光，输出的混沌激光经过光电探测器2(Newport 818BB21)转换成电信号，比较器3(MAX918)的正输入端接收光电探测器2输出的混沌信号，负输入端接收一参考电平，比较器3输出的随机信号输入到数据处理器4，后者与时钟信号同步输出随机码。数据处理器4采用一个由时钟信号前沿触发的S-C触发器。同步触发器从其输入端接收比较器3的输出信号，由其输出端Q提取出真随机码。

实施方式二：

图3是利用光注入方式实现混沌激光输出的真随机码发生器的另一种结构示意图。具体实施方式如下：

基于混沌激光的真随机码发生器，包括混沌激光发射机1、光电探测器2、比较器3和数据处理器4且它们之间依次相连，其中混沌激光发射机1包括注入激光器1b、光纤耦合器2b、光衰减器3b、偏振控制器4b和被注入激光器5b且它们之间依次连接；所述随机码发生器，其光电探测器2采用红外探测器，比较器3采用单门限比较器，数据处理器4采用前沿触发的S-C触发器。

激光器1b选用商用半导体激光器(LDM5S752)，输出中心波长为1550nm激光，输出光依次经过光纤耦合器2b、光衰减器3b和偏振控制器4b进入被注入激光器5b。被注入激光器5b输出混沌激光，由光纤耦合器2b一端输出，输出的混沌激光经过光电探测器2(PDS143-CFA-B0204)转换成电信号，其后处理过程同具体实施方式一。

实施方式三：

图4是利用光反馈方式实现混沌激光输出的真随机码发生器的又种一结构示意图，具体实施方式如下：

基于混沌激光的真随机码发生器，其混沌激光发射机1包括激光器1c、光纤耦合器2c、光衰减器3c、偏振控制器4c和反射镜5c且激光器1c、光纤耦合器2c、光衰减器3c、偏振控制器4c、反射镜5c之间依次连接；所述基于混沌激光的真随机码发生器，其光电探测器2采用红外探测器，比较器3采用单门限比较器，数据处理器4采用前沿触发的S-C触发器。

激光器1c选用商用半导体激光器(LDM5S752)，输出中心波长为1550nm激光，输出光依次经过光纤耦合器2c、光衰减器3c和偏振控制器4c后经由反射镜5c反射回激光器1c。激光器1c输出混沌激光，由光纤耦合器2c一端输出，其后处理过程同具体实施方式二。