基于光学频率梳的真随机数生成方法和系统技术方案

本公开提供了一种基于光学频率梳的真随机数生成方法和系统，涉及激光技术领域，其中方法包括：使用光纤激光器产生具有预设重复频率的光学频率梳；通过波分器件将光学频率梳输出的激光信号分成具有不同频率的多个激光分量信号；通过多个干涉仪模块分别对多个激光分量信号进行相位变换以及藕合处理，获得多个光强随机的激光信号；通过光电探测器将多个光强随机的激光信号转换为多个随机的模拟电信号；通过数据处理模块基于多个随机的模拟电信号生成真随机数并输出。本公开的方法和系统，能够基于光学频率梳频谱间的稳定性以及大频谱范围，提升真随机数产生速率，并能够降低波分器件的选择成本。器件的选择成本。器件的选择成本。

【技术实现步骤摘要】
基于光学频率梳的真随机数生成方法和系统


[0001]本公开涉及激光
，尤其涉及一种基于光学频率梳的真随机数生成方法和系统。

技术介绍

[0002]随机数是一组不可预测的数据，在保证信息安全以及公平公正的过程中(例如量子密钥分配BB84协议)，随机数的使用非常普遍。随机数分为真随机数和伪随机数，伪随机数是指依赖于算法的计算复杂度产生的数据序列，一旦初始值确定，随机数也就确定了，因此，伪随机数的随机并不是真正意义上的随机，理论上它是可以被破解的。而真随机数的生成依赖于随机的物理过程，这种方式产生的随机数具有不可预测性。这些随机的物理过程包括热噪声、光的相位以及偏振状态等，因此，真随机数的安全性比伪随机数要高。目前，传统真随机数发生器产生随机数的速率较低而且成本较高。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术要解决的一个技术问题是提供一种基于光学频率梳的真随机数生成方法和系统。
[0004]根据本公开的第一方面，提供一种基于光学频率梳的真随机数生成方法，包括：使用光纤激光器产生具有预设重复频率的光学频率梳；通过波分器件将所述光学频率梳输出的激光信号分成具有不同频率的多个激光分量信号；通过多个干涉仪模块分别对所述多个激光分量信号进行相位变换以及藕合处理，获得多个光强随机的激光信号；通过光电探测器将所述多个光强随机的激光信号转换为多个随机的模拟电信号；通过数据处理模块基于所述多个随机的模拟电信号生成真随机数并输出。
[0005]可选地，所述使用光纤激光器产生具有预设重复频率的光学频率梳包括：将所述光纤激光器作为激光光源；通过对所述激光光源产生的飞秒激光的重复频率和载波包络频移进行控制，获得所述光学频率梳；其中，所述光学频率梳在时域上输出所述重复频率的飞秒脉冲激光。
[0006]可选地，所述光纤激光器包括：色散管理型锁模光纤激光器。
[0007]可选地，所述通过波分器件将所述光学频率梳输出的激光信号分成具有不同频率的多个激光分量信号包括：通过所述波分器件将所述光学频率梳输出的飞秒脉冲激光分成多束具有不同波长的第一单纵模激光。
[0008]可选地，基于所述光学频率梳相邻频谱间的距离以及频谱宽度选取用于对所述光学频率梳输出的飞秒脉冲激光进行波分处理的所述波分器件。
[0009]可选地，所述干涉仪模块包括：第一耦合器、干涉仪单元和第二耦合器；所述通过多个干涉仪模块分别对所述多个激光分量信号进行相位变换以及藕合处理，获得多个光强随机的激光信号包括：将所述第一单纵模激光输入所述第一耦合器，用以获得所述第一耦合器输出的两束第二单纵模激光；将所述两束第二单纵模激光输入到所述干涉仪单元中，
所述干涉仪单元用于改变一束第二单纵模激光的相位，而对另一束第二单纵模激光不做处理；通过所述第二耦合器耦合所述两束第二单纵模激光，得到一束光强随机的激光信号。
[0010]可选地，所述数据处理模块包括：模数转换装置；所述通过数据处理模块基于所述多个随机的模拟电信号生成真随机数并输出包括：通过所述模数转换装置将所述多个随机的模拟电信号转换为所述多个随机的数字电信号，基于所述多个随机的数字电信号生成真随机数并输出。
[0011]根据本公开的第二方面，提供一种基于光学频率梳的真随机数生成系统，包括：光纤激光器，用于产生具有预设重复频率的光学频率梳；波分器件，用于将所述光学频率梳输出的激光信号分成具有不同频率的多个激光分量信号；多个干涉仪模块，用于分别对所述多个激光分量信号进行相位变换以及藕合处理，获得多个光强随机的激光信号；光电探测器，用于将所述多个光强随机的激光信号转换为多个随机的模拟电信号；数据处理模块，用于基于所述多个随机的模拟电信号生成真随机数并输出。
[0012]可选地，所述光纤激光器作为激光光源，通过对所述激光光源产生的飞秒激光的重复频率和载波包络频移进行控制，获得所述光学频率梳；其中，所述光学频率梳在时域上输出所述重复频率的飞秒脉冲激光。
[0013]可选地，所述光纤激光器包括：色散管理型锁模光纤激光器。
[0014]可选地，所述波分器件，用于将所述光学频率梳输出的飞秒脉冲激光分成多束具有不同波长的第一单纵模激光。
[0015]可选地，所述干涉仪模块包括：第一耦合器、干涉仪单元和第二耦合器；所述第一耦合器，用于将输入的所述第一单纵模激光分为两束第二单纵模激光；所述干涉仪单元，用于接收所述两束第二单纵模激光，改变一束第二单纵模激光的相位，而对另一束第二单纵模激光不做处理；所述第二耦合器，用于耦合所述两束第二单纵模激光，得到一束光强随机的激光信号。
[0016]可选地，所述数据处理模块包括：模数转换装置；所述模数转换装置，用于将所述多个随机的模拟电信号转换为所述多个随机的数字电信号，基于所述多个随机的数字电信号生成真随机数并输出。
[0017]本公开的基于光学频率梳的真随机数生成方法和系统，通过将光学频率梳的各频率分量输入到干涉仪中得到多条随机的光信号，通过光电探测器将随机的光信号转换为随机的电信号，通过模数转换装置将随机的模拟电信号转换为随机的数字电信号；能够基于光学频率梳频谱间的稳定性以及大频谱范围，提升真随机数产生速率，并能够降低波分器件的选择成本。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0019]图1为根据本公开的基于光学频率梳的真随机数生成方法的一个实施例的流程示意图；
[0020]图2为根据本公开的基于光学频率梳的真随机数生成方法的一个实施例中的获得光学频率梳并进行波分处理的流程示意图；
[0021]图3为根据本公开的基于光学频率梳的真随机数生成方法的一个实施例中的获得光强随机的激光信号的流程示意图；
[0022]图4为根据本公开的基于光学频率梳的真随机数生成系统的一个实施例的模块示意图；
[0023]图5为根据本公开的基于光学频率梳的真随机数生成系统的另一个实施例的模块示意图。
具体实施方式
[0024]下面参照附图对本公开进行更全面的描述，其中说明本公开的示例性实施例。下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。下面结合各个图和实施例对本公开的技术方案进行多方面的描述。
[0025]下文中的“第一”、“第二”等仅用于描述上相区别，并没有其它特殊的含义。
[0026]现有的基于光学频率梳的真随机数生成方案主要存在以下不足：
[0027]1、选用多个激光器作为光源并行产生真随机数，这种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光学频率梳的真随机数生成方法，包括：使用光纤激光器产生具有预设重复频率的光学频率梳；通过波分器件将所述光学频率梳输出的激光信号分成具有不同频率的多个激光分量信号；通过多个干涉仪模块分别对所述多个激光分量信号进行相位变换以及藕合处理，获得多个光强随机的激光信号；通过光电探测器将所述多个光强随机的激光信号转换为多个随机的模拟电信号；通过数据处理模块基于所述多个随机的模拟电信号生成真随机数并输出。2.如权利要求1所述的方法，所述使用光纤激光器产生具有预设重复频率的光学频率梳包括：将所述光纤激光器作为激光光源；通过对所述激光光源产生的飞秒激光的重复频率和载波包络频移进行控制，获得所述光学频率梳；其中，所述光学频率梳在时域上输出所述重复频率的飞秒脉冲激光。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述光纤激光器包括：色散管理型锁模光纤激光器。4.如权利要求2所述的方法，所述通过波分器件将所述光学频率梳输出的激光信号分成具有不同频率的多个激光分量信号包括：通过所述波分器件将所述光学频率梳输出的飞秒脉冲激光分成多束具有不同波长的第一单纵模激光。5.如权利要求4所述的方法，还包括：基于所述光学频率梳相邻频谱间的距离以及频谱宽度选取用于对所述光学频率梳输出的飞秒脉冲激光进行波分处理的所述波分器件。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述干涉仪模块包括：第一耦合器、干涉仪单元和第二耦合器；所述通过多个干涉仪模块分别对所述多个激光分量信号进行相位变换以及藕合处理，获得多个光强随机的激光信号包括：将所述第一单纵模激光输入所述第一耦合器，用以获得所述第一耦合器输出的两束第二单纵模激光；将所述两束第二单纵模激光输入到所述干涉仪单元中，所述干涉仪单元用于改变一束第二单纵模激光的相位，而对另一束第二单纵模激光不做处理；通过所述第二耦合器耦合所述两束第二单纵模激光，得到一束光强随机的激光信号。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述数据处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟，
申请(专利权)人：中国电信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：