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混沌半导体激光器的弛豫振荡频率对随机序列速率的影响

萧宝瑾 侯佳音 张建忠 薛路刚 王云才

混沌半导体激光器的弛豫振荡频率对随机序列速率的影响

萧宝瑾, 侯佳音, 张建忠, 薛路刚, 王云才
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  • 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, 分析了混沌信号自相关系数与随机序列游程数之间的联系, 在此基础上研究了激光器的弛豫振荡频率fr与随机序列速率fn在不同比值时, 序列游程数的变化情况. 研究发现, 当fr/fn=(2k+1)/4时, 随机序列的游程数容易满足NIST SP800-22随机数测试标准的要求. 当k=1时, 得到随机序列最大速率为fn=4fr/3.
    • 基金项目: 国家自然科学基金专项基金(批准号: 60927007), 国家自然科学基金(批准号: 60872019, 61001114), 山西省自然科学基金(批准号: 2010021003-4)和山西省高等学校中青年拔尖创新人才支持计划资助的课题.
    [1]

    Lei X J, Liu G B 2010 Study On Optical Communications 162 64 (in Chinese) [雷雄俊, 刘光斌 2010 光通信研究 162 64]

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    Su G P 2002 Ph. D. Dissertation (Beijing: Graduate University of Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [苏桂平 2002 博士学位论文 (北京: 中国科学院研究生院)]

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    Xin Q, Zeng X Y, Zhang G Q, Guo Y W 2004 Microelectronics & Computer 21 143 (in Chinese) [辛茜, 曾晓洋, 张国权, 郭亚炜 2004 微电子学与计算机 21 143]

    [4]

    Bucci M, Germani L, Luzzi R, Trifiletti A, Varanonuovo M 2003 IEEE Trans. Computers 52 403

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    Qi B, Chi Y M, Lo H K, Qian L 2010 Opt. Lett. 35 312

    [6]

    Wang A B, Wang Y C, Wang J F 2009 Opt. Lett. 34 1144

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    Wang Y C, Zhang G W, Wang A B, Wang B J, Li Y L, Guo P 2007 Acta Phys. Sin. 56 4372 (in Chinese) [王云才, 张耕玮, 王安帮, 王冰洁, 李艳丽, 郭萍 2007 物理学报 56 372]

    [8]

    Argyris A, Hamacher M, Chlouverakis K E, Bogris A, Syvridis D 2008 Phys. Rev. Lett. 100 194101

    [9]

    Wang Y C, Tang J H, Zhang M J Chinese Patent ZL 200710062140.1 2007 (in Chinese) [王云才, 汤君华, 张明江 中国发明专利 ZL200710062140.1 2007]

    [10]

    Zhang Y Y, Zhang J Z, Zhang M J, Wang Y C 2011 Chinese Optics Letters 9 031404

    [11]

    Chen S S, Zhang J Z, Yang L Z, Liang J S, Wang Y C 2011 Acta Phys. Sin. 60 010501 (in Chinese) [陈莎莎, 张建忠, 杨玲珍, 梁君生, 王云才 2011 物理学报 59 010501]

    [12]

    Zhang J B, Zhang J Z, Yang Y B, Liang J S, Wang Y C 2010 Acta Phys. Sin. 59 7679 (in Chinese) [张继兵, 张建忠, 杨毅彪, 梁君生, 王云才 2010 物理学报 59 7679]

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    Uchida A, Amano K, Inoue M, Hirano K, Natio S, Someya H, Owada I, Kurashige T, Shiki M, Yoshimori S, Yoshimura K, Davis P 2008 Nat. Photon. 2 728

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    Reidler I, Avaid Y, Rosenbuuh M, Kanter I 2009 Phys. Rev. Lett. 103 024102

    [15]

    Kanter I, Aviad Y, Reidler I, Cohen E, Resenbluh M 2010 Nat. Photon. 4 58

    [16]

    Hirano K, Yamazaki T, Morikatsu S, Okumura H, Aida H, Uchida A, Yoshimori S, Yoshimura K, Harayama T, Davis P 2010 Opt. Express 18 5512

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    Li P, Wang Y C, Zhang J Z 2010 Opt. Express 18 20360

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    Harayama T, Sunada S, Yoshimura K, Davis P, Tsuzuki K, Uchida A 2011 Phys. Rev. A 83 031803

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    Hirano K, Amano K, Uchida A, Naito S, Inoue M, Yoshimori S, Yoshimura K, Davis P 2009 IEEE J. Quantum Electron. 45 1367

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    NIST Special Publication 800-22, http: / / csrc. nist. gov/groups/ST /toolkit/rng/documentation_software. html, 2001

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    Jiang J P 2000 Semiconductor Laser 1 (Beijing : Publishing House of Electronics Industry) p112—114 (in Chinese) [江剑平 2000 半导体激光器 第一版 (北京: 电子工业出版社) 第112—114页]

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    [5]

    Qi B, Chi Y M, Lo H K, Qian L 2010 Opt. Lett. 35 312

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    Wang A B, Wang Y C, Wang J F 2009 Opt. Lett. 34 1144

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    Wang Y C, Zhang G W, Wang A B, Wang B J, Li Y L, Guo P 2007 Acta Phys. Sin. 56 4372 (in Chinese) [王云才, 张耕玮, 王安帮, 王冰洁, 李艳丽, 郭萍 2007 物理学报 56 372]

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    Chen S S, Zhang J Z, Yang L Z, Liang J S, Wang Y C 2011 Acta Phys. Sin. 60 010501 (in Chinese) [陈莎莎, 张建忠, 杨玲珍, 梁君生, 王云才 2011 物理学报 59 010501]

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    Zhang J B, Zhang J Z, Yang Y B, Liang J S, Wang Y C 2010 Acta Phys. Sin. 59 7679 (in Chinese) [张继兵, 张建忠, 杨毅彪, 梁君生, 王云才 2010 物理学报 59 7679]

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    Uchida A, Amano K, Inoue M, Hirano K, Natio S, Someya H, Owada I, Kurashige T, Shiki M, Yoshimori S, Yoshimura K, Davis P 2008 Nat. Photon. 2 728

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  • [1] 陈莎莎, 张建忠, 杨玲珍, 梁君生, 王云才. 基于混沌激光产生1 Gbit/s的随机数. 物理学报, 2011, 60(1): 010501. doi: 10.7498/aps.60.010501
    [2] 王永胜, 赵彤, 王安帮, 张明江, 王云才. 大幅度增加弛豫振荡频率来实现毫米级外腔半导体激光器的外腔机制转换. 物理学报, 2017, 66(23): 234204. doi: 10.7498/aps.66.234204
    [3] 袁泽世, 李洪涛, 朱晓华. 基于忆阻器的数模混合随机数发生器. 物理学报, 2015, 64(24): 240503. doi: 10.7498/aps.64.240503
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    [5] 孙媛媛, 李璞, 郭龑强, 郭晓敏, 刘香莲, 张建国, 桑鲁骁, 王云才. 基于混沌激光的无后处理多位物理随机数高速产生技术研究. 物理学报, 2017, 66(3): 030503. doi: 10.7498/aps.66.030503
    [6] 赵东亮, 李璞, 刘香莲, 郭晓敏, 郭龑强, 张建国, 王云才. 利用混沌激光脉冲在线实时产生7 Gbit/s物理随机数. 物理学报, 2017, 66(5): 050501. doi: 10.7498/aps.66.050501
    [7] 王龙生, 赵彤, 王大铭, 吴旦昱, 周磊, 武锦, 刘新宇, 王安帮. 利用混沌激光多位量化实时产生14 Gb/s的物理随机数. 物理学报, 2017, 66(23): 234205. doi: 10.7498/aps.66.234205
    [8] 唐曦, 吴加贵, 夏光琼, 吴正茂. 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. 物理学报, 2011, 60(11): 110509. doi: 10.7498/aps.60.110509
    [9] 孟丽娜, 张明江, 郑建宇, 张朝霞, 王云才. 外部光注入混沌激光器产生超宽带微波信号的研究. 物理学报, 2011, 60(12): 124212. doi: 10.7498/aps.60.124212
    [10] 刘明, 张明江, 王安帮, 王龙生, 吉勇宁, 马喆. 直接调制光反馈半导体激光器产生超宽带信号. 物理学报, 2013, 62(6): 064209. doi: 10.7498/aps.62.064209
    [11] 李锟影, 李璞, 郭晓敏, 郭龑强, 张建国, 刘义铭, 徐兵杰, 王云才. 利用光反馈多模激光器结合滤波器产生平坦混沌. 物理学报, 2019, 68(11): 110501. doi: 10.7498/aps.68.20190171
    [12] 刘鎏, 郑建宇, 张明江, 孟丽娜, 张朝霞, 王云才. 混沌超宽带信号的光学产生及其链路传输. 物理学报, 2012, 61(8): 084204. doi: 10.7498/aps.61.084204
    [13] 王 蕾, 汪芙平, 王赞基. 一种新型的混沌伪随机数发生器. 物理学报, 2006, 55(8): 3964-3968. doi: 10.7498/aps.55.3964
    [14] 兰豆豆, 郭晓敏, 彭春生, 姬玉林, 刘香莲, 李璞, 郭龑强. 混沌光场光子统计分布及二阶相干度的分析与测量. 物理学报, 2017, 66(12): 120502. doi: 10.7498/aps.66.120502
    [15] 盛利元, 曹莉凌, 孙克辉, 闻 姜. 基于TD-ERCS混沌系统的伪随机数发生器及其统计特性分析. 物理学报, 2005, 54(9): 4031-4037. doi: 10.7498/aps.54.4031
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    [17] 杨海波, 吴正茂, 唐曦, 吴加贵, 夏光琼. 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. 物理学报, 2015, 64(8): 084204. doi: 10.7498/aps.64.084204
    [18] 韩韬, 刘香莲, 李璞, 郭晓敏, 郭龑强, 王云才. 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. 物理学报, 2017, 66(12): 124203. doi: 10.7498/aps.66.124203
    [19] 周 庆, 胡 月, 廖晓峰. 基于鼠标轨迹和混沌系统的真随机数产生器研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5413-5418. doi: 10.7498/aps.57.5413
    [20] 张继兵, 张建忠, 杨毅彪, 梁君生, 王云才. 外腔半导体激光器随机数熵源的腔长分析. 物理学报, 2010, 59(11): 7679-7685. doi: 10.7498/aps.59.7679
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-11-08
  • 修回日期:  2012-01-06
  • 刊出日期:  2012-08-05

混沌半导体激光器的弛豫振荡频率对随机序列速率的影响

  • 1. 太原理工大学信息工程学院, 太原 030024;
  • 2. 太原理工大学物理与光电工程学院, 太原 030024;
  • 3. 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024
    基金项目: 

    国家自然科学基金专项基金(批准号: 60927007), 国家自然科学基金(批准号: 60872019, 61001114), 山西省自然科学基金(批准号: 2010021003-4)和山西省高等学校中青年拔尖创新人才支持计划资助的课题.

摘要: 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, 分析了混沌信号自相关系数与随机序列游程数之间的联系, 在此基础上研究了激光器的弛豫振荡频率fr与随机序列速率fn在不同比值时, 序列游程数的变化情况. 研究发现, 当fr/fn=(2k+1)/4时, 随机序列的游程数容易满足NIST SP800-22随机数测试标准的要求. 当k=1时, 得到随机序列最大速率为fn=4fr/3.

English Abstract

参考文献 (21)

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