中文摘要：

随机数在国家信息安全等领域中具有重要应用。基于热噪声、振荡器采样等物理现象产生的真随机数，受电子器件带宽的限制，速率低于100Mb/s，无法满足高速通信系统的安全需要。近两年研究证明，利用宽带混沌激光代替混沌电路，能够产生速率达Gb/s的随机数。但现有这一技术的模数转换和逻辑处理仍在电域中进行，所产生的随机数码率与当前光通信干线速率还有较大差距。本项目提出一种产生全光高速随机数的实现方案。该方案基于混沌半导体激光器产生的超宽带混沌激光，利用SOA-MZI作为全光开关和λ/4 DFB-LD作为全光触发器分别实现对混沌光信号的采样、比较触发等全光模数转换，获得一路全光高速随机数。通过对两路不相关的全光随机数的全光异或处理，可最终实现全光随机数的高速输出。本方案完全在光域中进行，不受电子器件带宽的限制，且与光通信系统中的信息兼容，是一种全新的、数十GHz的随机数全光产生方案。

结论摘要：

本项目提出一种基于混沌激光产生全光高速随机数的方案。该方案以混沌半导体激光器产生的超宽带混沌激光为熵源，依次利用全光开关和全光触发器实现对混沌光信号的采样和触发，最终得到全光随机数的高速输出。该方案完全在光域中进行，不受电子器件带宽的限制，且与光通信系统中的信息兼容，是一种全新的、数十GHz的全光随机数产生方案。 我们按原定计划开展了研究，并取得了以下研究成果:提出了多种产生高带宽混沌激光信号的技术（如光注入、光纤环形振荡器、延时自干涉等），实验实现了20~30 GHz频谱平坦的混沌激光输出；初步建立了表征混沌态的参数与表征随机特性的参数之间的定量关系；提出了多种面向连续混沌激光信号的全光采样方案（如基于交叉相位调制、电光调制和四波混频等效应的方案），数值实现了5~10 GHz速率的全光采样；提出并数值论证了多种面向混沌光脉冲序列的全光量化方案，如基于DFB激光器的全光比较器及全光触发器方案；提出并论证了基于离散型混沌信号产生高速全光随机数的方案，如基于脉冲幅度混沌信号和基于混沌自脉动的方案等，可数值获得10 Gbps以上的随机数；探索了全光采样等实验方案。