子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的結(jié) 構(gòu)框圖；
[0040]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于激光相位波動(dòng)的超高速量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的比 特率與采樣率的關(guān)系曲線；
[0041] 圖中：1-激光光源，2-雙光束干涉儀，3-相位控制系統(tǒng)，4-光電探測(cè)器，5-模數(shù)轉(zhuǎn) 換器，21-環(huán)形器，22-分束器，24-第一反射鏡，25-第二反射鏡，31-光功率計(jì)，32-PID控制 器，33-壓電控制器，34-壓控移相器。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其 他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0043] 實(shí)施例：
[0044] 請(qǐng)參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于激光相位波動(dòng)的超高速量子隨機(jī)數(shù)發(fā) 生器，包括激光光源1、雙光束干涉儀2、相位控制系統(tǒng)3、光電探測(cè)器4和模數(shù)轉(zhuǎn)換器5，
[0045] 所述雙光束干涉儀2包括環(huán)形器21、分束器22、第一反射鏡24和第二反射鏡25，
[0046] 所述分束器22包括設(shè)置在輸入側(cè)的第一端口B1、第二端口B2和設(shè)置在輸出側(cè)的 第三端口B3、第四端口B4 ;環(huán)形器21包括輸入端C1、收發(fā)復(fù)用端C2和輸出端C3，
[0047] 所述相位控制系統(tǒng)3包括依次連接的光功率計(jì)31、PID控制器32和壓電控制器33 和壓電移相器34,所述光功率計(jì)31的輸入端與所述第一端口B1連接，所述壓電控制器33 的輸出端與壓控移相器34的控制端連接。壓電移相器34設(shè)置在雙光束干涉儀的其中一個(gè) 干涉光路中。
[0048] 所述第四端口B4、壓控移相器34和第一反射鏡24形成雙光束干涉儀2的第一干 涉光路，所述第三端口B3和第二反射鏡25形成雙光束干涉儀2第二干涉光路；
[0049] 雙光束干涉儀2具有兩個(gè)用于產(chǎn)生雙光束干涉的干涉光路，稱為第一干涉光路和 第二干涉光路，第一干涉光路和第二干涉光路也稱為干涉儀的兩臂。干涉儀的兩臂的路徑 長(zhǎng)短不同，光程不同，則光經(jīng)過兩條路徑所耗時(shí)間不同，光經(jīng)過兩條路徑所耗的時(shí)間差即為 雙光束干涉儀2的接入臂長(zhǎng)差；
[0050] 所述環(huán)形器21的輸入端C1與激光光源1的輸出端采用光纖耦接，所述環(huán)形器21 的收發(fā)復(fù)用端C2與所述第二端口B2采用光纖耦接，所述環(huán)形器21的輸出端C3與所述光 電探測(cè)器4的輸入端采用光纖耦接；
[0051] 所述第一端口B1與所述相位控制系統(tǒng)3的輸入端采用光纖耦接。
[0052] 所述雙光束干涉儀2的類型包括馬赫曾德干涉儀和邁克爾遜干涉儀。
[0053] 所述分束器22的分光比為50:50。
[0054] 激光光源1輸出的連續(xù)相干光輸入到環(huán)形器21的輸入端C1，由環(huán)形器21的收發(fā) 復(fù)用端C2輸出到分束器22的第二端口B2,并經(jīng)過分束器22分束后分別由第三端口B3、第 四端口B4輸出；由第三端口B3輸出的光經(jīng)第二反射鏡25反射回到第三端口B3,由第四端 口B4輸出的光依次經(jīng)過壓控移相器34后，由第一反射鏡24反射回到第四端口B4 ;反射回 到第三端口B3和第四端口B4的兩路光在分束器22內(nèi)發(fā)生干涉，并由分束器22分成兩路， 其中一路由第二端口輸出到環(huán)形器21的收發(fā)復(fù)用端C2,并由環(huán)形器21的輸出端C3輸出到 光電探測(cè)器4 ;另一路輸出到光功率計(jì)31的輸入端。相位控制系統(tǒng)3根據(jù)輸入的光信號(hào)控 制壓控移相器34調(diào)節(jié)相位滿足預(yù)定的條件。
[0055] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器5用于將所述光電探測(cè)器4輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而生成原 始隨機(jī)數(shù)序列。
[0056] 所述雙光束干涉儀2的各組件之間均為光纖連接。
[0057] 所述第一反射鏡24和第二反射鏡25均為法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。作為一種替換方案，所 述分束器22為保偏分束器22,所述光纖為保偏光纖。
[0058] 所述激光光源的工作波長(zhǎng)為1550nm，激光光源為激光二極管。
[0059] 功率計(jì)的波長(zhǎng)范圍為850-1610nm;功率監(jiān)測(cè)范圍：-40dBm至10dBm之間。其波長(zhǎng) 與功率范圍涵蓋本發(fā)明其他器件的波長(zhǎng)與光強(qiáng)。
[0060] 壓電控制器33的電壓輸出范圍為0-150V;電壓輸出范圍與壓控移相器34的工作 電壓范圍相匹配。
[0061] 光電探測(cè)器4的帶寬為15GHz;響應(yīng)波長(zhǎng)范圍為800-1600nm。響應(yīng)波長(zhǎng)范圍涵蓋 激光光源1的波長(zhǎng)，帶寬大于模數(shù)轉(zhuǎn)換器5的采樣率。
[0062] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器5的采樣率為15Gsa/s;位寬為8位。采樣率不超過光電探測(cè)器4的 帶寬。模數(shù)轉(zhuǎn)換器5的位寬優(yōu)選為8位位寬。
[0063] 本發(fā)明還提供了一種基于激光相位波動(dòng)的超高速量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生方法，包括以下 步驟：
[0064] SI、產(chǎn)生激光束；
[0065] S2、將激光束分成兩束光束發(fā)生干涉；
[0066] S3、將干涉后的光束分成兩束光束，其中一束光束輸出到相位控制系統(tǒng)，相位控制 系統(tǒng)根據(jù)輸入的干涉光束調(diào)節(jié)其中一個(gè)干涉光路上的光束的相位，使兩個(gè)干涉光路上的光 束的相位差保持在預(yù)定值；另一束光束輸出到光電探測(cè)器；
[0067]S4、將光電探測(cè)器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，生成原始隨機(jī)數(shù)序列。
[0068] 本發(fā)明的原理如下：
[0069] 激光光源1用于產(chǎn)生穩(wěn)定的連續(xù)相干光源，其電場(chǎng)可以表示為：
[0070]E(t) =E〇exp[i(?0t+9 (t))]〇
[0071] 激光光源1輸出到接入臂長(zhǎng)差為AT的雙光束干涉儀2進(jìn)行干涉，干涉儀輸出的 光強(qiáng)為：
[0072]
[0073] 激光光源1的相位波動(dòng)由t時(shí)刻與t+AT的相位差表示，記為：
[0074]A0 (t) = 0 (t+AT)- 9 (t),
[0075] 除去探測(cè)信號(hào)的直流部分，光電探測(cè)器4的探測(cè)電流為：
[0076]I(t) 00Pcos( ?〇AT+A9(t))
[0077] 相位控制系統(tǒng)3調(diào)節(jié)壓控移相器34,以滿足以下條件：
[0078] wQAT= (2mJi+Ji/2)，其中m為整數(shù)，那么就有：
[0079]I(t卜Psin(A0⑴）~PA0 ⑴。
[0080] 因此激光光源1的相位波動(dòng)可以通過測(cè)量干涉儀輸出光強(qiáng)變化得出，即光電探測(cè) 器4的輸出電壓。
[0081] <V(t)2> =AQP+ACP2+F，通過測(cè)量不同激光器輸出功率P下光電探測(cè)器4的輸出電 壓的方差進(jìn)行擬合，可以得到參數(shù)AQ、AC與F。其中AQP部分是我們所感興趣的量子波動(dòng) 部分，ACP2+F為經(jīng)典部分，所以我們希望量子部分所占比例最大化。
[0082] 為了最大化量子部分，我們可以通過優(yōu)化量子部分與經(jīng)典部分的比例，定義為
[0083] y=AQPAACP2+F)。
[0084] 有兩種方法可以得到不同光源輸出功率P下的Y值。一種方法是通過前述擬合 得到的參數(shù)AQ、AC與F代入公式進(jìn)行計(jì)算得出。另一種方法是通過直接測(cè)量不同輸出功 率下的經(jīng)典部分與量子部分得到，在光源輸出功率最大的時(shí)候，量子部分所占比例非常低， 這時(shí)候我們認(rèn)為，所有波動(dòng)均為經(jīng)典部分，然后通過加衰減的方法，將輸入干涉儀的光強(qiáng)調(diào) 節(jié)至與前述光源輸出功率相同，測(cè)量出的光電探測(cè)器4的輸出波動(dòng)均為該功率下的經(jīng)典部 分，結(jié)合之前所測(cè)的總波動(dòng)，就可以計(jì)算得到其中的量子部分，從而得到該功率下的Y值。
[0085] 根據(jù)上述兩種方法，都可以得到，在輸出功率P在0.9mW附近的時(shí)候，Y值最大。
[0086] 光電探測(cè)器4的輸出波動(dòng)可以直接測(cè)量得出，根據(jù)Y值，