基于混沌激光产生1 Gbit/s的随机数

利用光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为随机数发生器的物理熵源,通过8位 ADC将熵源信息转化为二进制码,并经后续差分运算处理改善其随机性,最终获得了1 Gbit/s的随机数.所产生的随机数通过了NIST Special Publication 800-22的全部测试项.关键词：混沌激光随机数发生器半导体激光器模数转换     

基于GaAs/Al0.45Ga0.55As超晶格芯片自发混沌振荡的8Gb/s物理真随机数实现

物理真随机数发生器对密码学和保密通信至关重要.现有随机数发生器,或者复杂庞大,或者受限于器件带宽,不能很好地满足现代高速通信系统的需要.本文提出了一种基于超晶格(superlattices,SLs)芯片的全固态实时高速物理真随机数发生器.通过选取合适直流偏置电压对SLs芯片进行激发,从而产生高频混沌振荡信号作为物理熵源...     

基于激光器阵列后处理的混沌熵源获取高品质随机数

本文提出采用可集成的激光器阵列后处理光反馈半导体激光器的输出,进而获得无时延特征的优质混沌熵源,进一步获取高速高品质随机数序列.方案中采用常规的8位模数转换采样量化和多位最低有效位异或提取处理,采用国际公认的随机数行业测试标准(NIST SP 800-22)来检验产生的序列.结果表明,通过激光器阵列后处理的混沌熵源所获取的随机数序列具有均匀的分布特性,散点图无明显图案,可以成功通过NIST SP 800-22的全部测试.另外,基于激光器阵列的可扩展性,本方案可以拓展为可实现同时产生多路并行的高速高品质随机数发生器.     

基于互注入半导体激光器的混沌输出产生17.5 Gbit/s随机码

采用两个借助光纤连接的相互注入半导体激光器,实验获取了10 GHz超宽带混沌种子信号.通过8-bit模数转换器将混沌信号转换为二进制数据流,并进行进一步的逻辑异或处理和舍弃最高有效位操作,最终获得了能顺利通过美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standard and Technology,简记为NIST)800-22标准测试以及Diehard测试,速率达17.5 Gbit/s的高速随机码.关键词：随机码混沌激光互注入半导体激光器     

利用混沌激光脉冲在线实时产生7 Gbit/s物理随机数

提出了一种基于混沌激光的在线实时产生高速物理随机数的方法,通过对连续的混沌激光进行光釆样得到离散的混沌激光脉冲序列,利用差分比较器对混沌脉冲序列进行自延迟比较,在线实时输出高速物理随机数.并以光反馈半导体激光器这一典型混沌激光产生装置作为物理熵源,对所提方法进行了原理性实验论证,实现了实时速率为7 Gbit/s的物理随机数在线产生,可成功通过随机数行业测试标准(NIST SP 800-22).     

线宽增强因子对光反馈半导体激光器混沌信号生成随机数性能的影响

基于光反馈半导体激光器产生的宽带混沌信号作为物理熵源生成物理随机数已得到广泛研究.线宽增强因子的存在会导致半导体激光器出现大量不稳定动态特性,因此,本文着重研究半导体激光器的线宽增强因子对生成随机数性能的影响.数值仿真结果表明:随着线宽增强因子的增加,光反馈半导体激光器输出混沌信号的延时峰值逐渐减小、最大李雅普诺夫指数逐渐增大.基于不同线宽增强因子下产生的混沌信号提取随机数,并利用NIST SP 800-22软件对生成随机数的性能进行测试.测试结果表明,选取线宽增强因子较大的半导体激光器产生混沌信号作为物理熵源易于生成性能良好的随机数.     

反馈强度对外腔反馈半导体激光器混沌熵源生成的随机数序列性能的影响

外腔反馈半导体激光器在合适的反馈强度下将呈现混沌态, 其输出的激光混沌信号可作为物理熵源获取物理随机数序列. 着重研究了外腔反馈强度对最后获取的二元码序列的随机性的影响. 数值仿真结果表明, 随着反馈强度的增加, 外腔反馈半导体激光器输出的混沌信号的延时时间特征峰值呈现先逐渐减小再逐渐增大的过程, 而对应的排列熵特征值呈现先增大、后缓慢降低的过程, 即存在一个优化的反馈强度可使输出的混沌信号的延时特征得到有效抑制且复杂度高. 利用NIST Special Publication 800-22软件对基于不同反馈强度下外腔半导体激光器输出的混沌信号所产生的二元码序列的随机性进行了相关测试, 并讨论了反馈强度的大小对测试结果的影响.     

面向全光物理随机数发生器的混沌实时光采样研究

基于混沌激光实现全光物理随机数发生器的物理基础是完成对混沌光信号的高速实时全光采样. 本文利用偏振无关的SOA构建出TOAD全光采样门, 以光反馈半导体激光器产生混沌激光, 对混沌激光的全光采样可行性进行了原理性实验论证, 实现了对光反馈半导体激光器产生的6.4 GHz带宽的混沌激光5 GSa/s的实时、高保真全光采样. 进一步研究显示, 光采样周期与外腔反馈时间成比例与否对混沌信号弱周期性的抑制水平影响显著. 当两者不成比例时, 可有效消除原始混沌信号的弱周期性, 有利于高质量物理随机数的产生.     

平坦宽带混沌激光的产生及同步

利用光纤环长外腔光反馈半导体激光器产生了频谱平坦的宽带混沌激光,其对应的激光频谱可有效地隐藏外腔的谐振频率,增加了系统的保密性.通过单向耦合方式,将产生的混沌激光注入到另一个参数相近的半导体激光器中,实现了平坦宽带混沌同步输出,两同步激光器输出的相关系数达到084.同时实验研究了注入强度和主从激光器的频率失谐对同步质量的影响,结果表明在强光注入锁定下,在很大频率失谐范围内均可实现同步,而且注入强度越大,主从激光器输出的相关系数越大,维持混沌同步所允许的频率失谐范围越大.关键词：混沌同步单向光纤环光反馈半导体激光器     

基于生成对抗网络的混沌激光同步优化

提出并验证了一种基于深度学习的混沌激光同步优化方案,在共同外腔半导体激光器驱动注入同步系统中,引入生成对抗网络对初始的混沌同步信号进行优化。所提方案的主要优点在于：实现了混沌信号的时延标签抑制和复杂度提升;显著改善了混沌信号幅值分布的对称性;大幅降低了驱动端和本地端的相关性,提升了同步系统的私密性。此外,将优化后的混沌信号应用于物理熵源,在高质量混沌同步的基础上,验证了速率高达4.1 Gbit/s、误码率低于10-3的高速同步物理随机数产生。     

外腔半导体激光器随机数熵源的腔长分析

利用光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为随机数熵源,详细研究了混沌源外腔长度对500Mbit/s随机数特性的影响.研究表明:在单路混沌源情况下,外腔反馈引起的谐振会使产生的随机序列具有弱周期性,且当外腔反馈时间与采样时间的比值为整数时,产生序列的随机性最差,仅能通过NIST统计测试2,3项;在两路混沌源情况下,当混沌源的外腔长不相等且不成比例时,通过两路异或处理可消除由外腔反馈引起的弱周期性,产生的随机序列能够通过NIST的全部统计测试项.     

New nonlinear dynamics in a semiconductor laser with optical self—feedback

We demonstrate a new kind of instability of the external cavity semiconductor laser,In some parameter regimes,the external cavity system will produce short and strong optical pulses in aperiodic intervals.This instability also shows low-frequency characteristics.     

光注入提高半导体激光器混沌载波发射机的带宽

外光反馈下的半导体激光器可视为混沌载波发射机.数值研究发现,外部强光注入可以显著提高混沌载波发射机的带宽,带宽提高的程度在一定范围内与注入光的强度成正比.当外部光注入系数k_inj=0.39时,混沌载波的带宽由无光注入时的2.7GHz增大到14.5GHz,提高了5倍多.研究还发现,在相同的注入强度条件下,当注入光的频率比半导体激光器的中心频率高2—4GHz时,可实现最大限度的带宽增强.此外,适当提高半导体激光器的偏置电流也可以在一定程度上提高其产生的混沌载波的带宽.关键词：半导体激光器混沌带宽     

激光混沌通信中半导体激光器接收机对高频信号的滤波特性

数值研究了基于半导体激光器的混沌通信系统中构成混沌同步的接收半导体激光器对高频信号的滤波特性.分析了闭环结构的接收机对不同频率、不同幅度的加载信号的提取能力.研究发现,混沌保密通信系统对传输信号的提取能力与信号的频率有关.当信号频率较低时,闭环结构的接收机对信号的滤波效果较好;当信号频率接近半导体激光器的弛豫振荡频率时,接收机的滤波效果较差.分析结果同时表明,混沌保密通信系统中接收机对传输信号的提取质量不仅与实现混沌同步的两激光器的同步质量有关,而且依赖于传输信号的幅度.关键词：混沌混沌同步半导体激光器滤波     

激光混沌并联同步及其在全光逻辑门中的应用研究

提出多量子阱激光器混沌“主-从-响应”式结构同步系统,研究其并联同步在光学逻辑门中的应用. 利用一个注入多量子阱激光器混沌系统注入驱动实现了两个响应多量子阱激光系统的混沌并联同步,同时还获得了“主-从”式结构的混沌同步. 基于响应子系统的混沌并联同步思想,提出了全光逻辑门的基本理论模型并定义了计算原则与方法. 利用光的外部调制方法对两个驱动光进行调制与控制,让两个响应子系统实现同步与非同步,使系统获得了并具有全光逻辑门函数功能与特点,并成功地进行了数字逻辑计算. 具体提出了全光XNOR、NOR、NOT等逻辑门及逻辑计算方法,数值模拟结果证明了系统方案的可行性.关键词：混沌同步逻辑门多量子激光器     

光反馈半导体激光器产生低频起伏与高维混沌信号及其演化过程

利用光反馈半导体激光器产生了低频起伏及关联维数为12.2的高维混沌状态. 实验研究了低频起伏到高维混沌的演变过程. 实验表明,当偏置电流I_b <1.03I_th时,随着反馈强度的降低,低频起伏的峰峰值先增大后减小,平均周期一直减小,直至进入稳定状态,但不能转化为混沌. 当偏置电流I_b >1.03I_th时,随着反馈强度的降低,低频起伏的峰峰值一直增大,平均周期一直减小关键词：低频起伏混沌半导体激光器反馈     

交叉相位调制提高半导体激光器混沌载波发射机带宽方法

提出半导体激光器混沌交叉相位调制(XPM)光反馈提高混沌载波发射机带宽方法,建立了有外腔光纤传输反馈XPM控制下的激光动力学物理模型.理论导出XPM作用下激光双反馈频率失谐公式,指出XPM产生的非线性相移影响了激光器增益和线宽增强因子,其光纤二阶非线性效应使激光振幅和相位变化更加丰富,而非线性相移的出现进一步增加了新的频率分量并使频谱展宽.数值结果表明,XPM使激光器混沌带宽增加到4倍以上,使激光混沌张弛振荡频率增加到2.85倍,其光纤长度、入纤光功率、面镜反射系数、光纤二阶非线性系数等都能影响激光混沌带宽.