一种用于生成随机数的方法，方法包括：使用电源(105)和控制电源的控制单元(151)以直接调制模式来驱动表面发射激光器(101)，其中，直接调制模式由控制单元控制，使得在低于和高于激光阈值(LS)的情况下交替地驱动表面发射激光器，使得从表面发射激光器发射激光脉冲，其中，针对在高于激光阈值的情况下驱动表面发射激光器，电流被选择为使得表面发射激光器在具有基本上由两种不同激光模式(M1,M2)中一种承载的能量的表面发射激光器的双稳态区内工作。激光模式由允许两种不同激光模式中的一种(M1)传播到光电检测器(103)的模式分离器(102)分离。方法包括：由光电检测器(103)检测由表面发射激光器发射的激光脉冲并且从检测到的激光脉冲来生成随机数。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
0、现有技术
1、现在，在数据传输技术中已经采用了表面发射激光器，也称为sel。
2、表面发射激光器是从构成激光二极管的半导体芯片的一个表面发射激光的激光器。这与从半导体芯片的边缘发射激光的边缘发射激光器的特性相反。
3、这种表面发射激光器的一个具体示例是垂直腔体表面发射激光器，也称为vcsel。
4、由于一般表面发射激光器或更具体地vcsel的物理特性，它们特别适用于并且通常用于通信技术，其中当将激光脉冲耦合到玻璃纤维线缆中时，它们以单模发射激光光的特性特别有利。
5、同样地，由于vcsel能够非常快地打开和关闭，因此它们特别适合于短时间内大量数据的光传输。
6、此外，现在已经采用用于生成随机数的物理系统一段时间。这些系统利用物理特性的固有随机性，如两个激光器的相位关系。在这些系统中的一些中，激光器中的一个能够以恒定模式驱动，即，以恒定地发射激光光的模式驱动，而另一个激光器以脉冲模式驱动，交替地接近低于和高于激光阈值。该第二激光器的切换导致第一激光器和第二激光器之间的随机相位关系，从而允许可靠地获得随机数。
7、然而，这样的系统相当复杂并且需要多个组件以便获得随机数，这也可能导致难以可靠地控制系统以确保随机性。
8、技术问题
9、从已知的现有技术开始，本专利技术所解决的技术问题是提供一种装置，其允许以相对低的成本可靠地获得随机数，同时降低获得随机数的系统和方法的复杂性。
10、解决方案
>11、通过根据独立权利要求1的用于生成随机数的方法和根据独立权利要求11的包括垂直腔体表面发射激光器的随机数生成器来解决该问题。在从属权利要求中提供了本专利技术的优选实施例。12、根据本专利技术的用于生成随机数的方法包括使用电源和控制电源的控制单元以直接调制模式来驱动表面发射激光器，其中，直接调制模式由控制单元控制，使得以低于和高于激光阈值的情况来交替地驱动表面发射激光器，使得从sel发射激光脉冲，其中，针对在高于激光阈值的情况下驱动表面发射激光器，电流被选择为使得表面发射激光器在表面发射激光器的双稳态区内工作，并且其中，方法包括：由光电检测器检测由表面发射激光器发射的激光脉冲并且从检测到的激光脉冲来生成随机数。
13、与从半导体材料的边缘发射激光光的边缘发射激光器相比，表面发射激光器可以被认为涵盖从激光器的表面发射激光光的任何激光器或激光二极管。
14、在本专利技术的场境中，双稳态区应理解为使用电流或在电流状况(current regime)下驱动表面发射激光器的模式或状况，该电流或电流状况使表面发射激光器以两种不同的激光模式中的一个任意地发射激光脉冲。激光模式能够例如关于它们的偏振或平均频率或任何其他物理特性而变化。两种不同激光模式彼此不同的方式可以具体取决于发射激光脉冲的表面发射激光器的物理特性。
15、其中表面发射激光器在其双稳态区内工作的电流状况取决于表面发射激光器的物理性质，例如，二向色性和双折射特性。
16、本专利技术的发现是，在结构上被设计为当在其通常的功率状况内被驱动时仅发射单个激光模式的通常可用的表面发射激光器也能够在不同的功率状况下被驱动，其中表面发射激光器的模式抑制组件不抑制除单个模式之外的所有模式，从而导致表面发射激光器在根据本专利技术概念被驱动时，以一种激光模式或另一种激光模式任意地发射激光脉冲。检测到的信号能够用于生成仅需要单个表面发射激光器的真正随机数。
17、通过采用根据本专利技术的方法，能够使用通常可用的表面发射激光器来生成随机数，这不仅导致随机数生成器的成本降低，而且能够进一步降低系统的复杂性。
18、具体地，表面发射激光器发射具有基本上由两种不同激光模式中的一种承载的能量的激光脉冲。当表面发射激光器在其双稳态区中被驱动时，表面发射激光器将发射激光脉冲，其中激光脉冲的全部(或几乎全部)能量由两种不同激光模式中的一种承载。因此，由于输出相对于由每种激光模式承载的能量已经是离散的，因此能够有效地执行由表面发射激光器发射的信号到数字信号的转换。
19、能够进一步规定，激光脉冲在从表面发射激光器发射之后并且在由光电检测器检测之前通过模式分离器，该模式分离器分离两种不同激光模式并且允许两种不同激光模式中的一种传播到光电检测器。
20、具体地，取决于承载激光脉冲的模式，模式分离器能够被布置和配置为导致激光脉冲的不同传播方向。
21、利用该实施例，实现了在到达光电检测器之前由表面发射激光器任意发射的两种激光模式的分离。由此，确保只有一种模式到达光电检测器，并且取决于由表面发射激光器实际发射的模式，光电检测器识别到达光电检测器的模式或者根本不检测信号。在此场境中，应注意，这仅适用于完美工作模式分离器。光电检测器仅检测通过模式分离器传播的单个模式或者光电检测器根本不检测任何信号被解释为涵盖其中也由模式分离器分离的第二模式至少部分地传播到光电检测器并且生成信号的情况，然而，该信号显著地低于如果在光电检测器处检测到另一模式将检测到的信号。
22、在一个实施例中，用于在低于激光阈值的表面发射激光器的驱动与高于激光阈值的表面发射激光器的驱动之间切换的切换时间在100ps与10ns之间，或在2ns与100ns之间，或在2ns与50ns之间，或在5ns与15ns之间。切换时间是将施加到表面发射激光器的电流从低于激光阈值的值增加到高于激光阈值的值所需的时间，其中表面发射激光器在双稳态区中工作(或反之亦然)。切换时间必须足够短以使由sel发射的脉冲是随机的。
23、在另一实施例中，在高于激光阈值的情况下驱动表面发射激光器达到2ns至50ns或5ns至25ns或5ns至20ns的激发时段。
24、这些脉冲持续时间，即，在高于激光阈值的情况下驱动表面发射激光器的时间，导致每秒大量的脉冲，使得可能生成频率为几mhz直到某个ghz的随机数。
25、在一个实施例中，方法还包括在检测到激光脉冲时对由光电检测器输出的信号进行采样，并且其中，在从表面发射激光器开始发射激光脉冲的时间点经过延迟时段之后开始对光电检测器的信号进行采样。
26、采样能够由将从光电检测器接收到的信号(例如，电压或电流)转换为数字值(例如1和0)的数字化单元完成。这能够通过使用例如将从光电检测器接收到的信号与阈值进行比较的模数转换器来实现。如果光电检测器的信号大于阈值，则数字化单元可以输出值“1”，并且在光电检测器的信号小于阈值的情况下，数字化单元可以输出值“0”，反之亦然。
27、通过在延迟时段已经过去之前不开始采样，不对其中表面发射激光器尚未在两种不同激光模式中的一种中发射激光脉冲的表面发射激光器的中间状态进行采样。在第一模式中的激光脉冲或第二模式中的激光脉冲由表面发射激光器输出的意义上，在延迟时段之后被采样的信号本身已经是二进制信号，这允许将激光脉冲可靠且有效地数字化成具有更好的噪声弹性的随机位序列。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于生成随机数的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，
12.一种随机数生成器，其包括：
13.根据权利要求12所述的随机数生成器，还包括：
14.根据权利要求12或13所述的随机数生成器，其中，
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于生成随机数的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
【专利技术属性】
技术研发人员：卡洛斯·阿贝兰，瓦尔迪马尔·阿玛亚，多梅尼科·图利，米克尔·鲁德，索菲亚·马丁尼兹，斯特凡诺·隆吉，
申请(专利权)人：魁赛德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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