本文關(guān)鍵詞：基于雙光反饋垂直腔面發(fā)射激光器獲取雙路高速隨機(jī)數(shù)的研究

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【摘要】：隨機(jī)數(shù)因其具有不可預(yù)測、不可復(fù)現(xiàn)的特性使其在安全通信、隨機(jī)建模和蒙特?卡羅計(jì)算方法等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用�；趥鹘y(tǒng)電子電路領(lǐng)域中的熱噪聲、振蕩器的頻率抖動(dòng)和混沌電路等方式獲取的類高斯分布的熵源信號(hào)雖能獲得隨機(jī)數(shù)序列,但受電子帶寬瓶頸等因素的限制,這些隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的碼率通常都在Mbits/s量級(jí),不能滿足現(xiàn)代信息通信的要求。近年來,基于半導(dǎo)體激光器(SL)的激光混沌作為熵源來獲取隨機(jī)數(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展,但大部分研究成果都是基于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器(EESLs)的混沌輸出作為熵源獲取隨機(jī)數(shù)。由于EESLs一般只有一個(gè)偏振模式激射,因此只能產(chǎn)生一路隨機(jī)數(shù)序列。而對(duì)于垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs),在合適的外部擾動(dòng)條件下兩個(gè)正交的偏振分量均可輸出混沌信號(hào),用其作為混沌熵源,有望獲得雙路隨機(jī)數(shù)序列。本文提出基于雙光反饋VCSELs的兩個(gè)正交偏振分量的混沌輸出以同時(shí)獲取兩路高速隨機(jī)數(shù)的方案。采用自旋反轉(zhuǎn)模型(SFM),首先對(duì)不同反饋強(qiáng)度下VCSELs中兩個(gè)偏振分量的混沌輸出進(jìn)行了研究,接著重點(diǎn)介紹了后續(xù)比特序列的產(chǎn)生方法,最后在理論上數(shù)值分析了基于不同的反饋強(qiáng)度時(shí),兩偏振分量所獲取的最終比特序列的隨機(jī)性能。研究結(jié)果表明:在合適的反饋參量下,VCSELs中的兩個(gè)正交偏振分量均可呈現(xiàn)混沌振蕩,且隨著反饋強(qiáng)度的增加,兩偏振分量混沌信號(hào)的延時(shí)特征峰值和帶寬總體呈現(xiàn)增加的趨勢;將VCSELs兩偏振分量輸出的兩路混沌信號(hào)作為熵源,分別經(jīng)8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)量化、比特序列按位反轉(zhuǎn)、異或(XOR)運(yùn)算和m位最低有效位(m-LSBs)截取等后續(xù)處理后,得到了最終的比特序列;通過NIST SP 800-22統(tǒng)計(jì)測試套件對(duì)不同反饋強(qiáng)度下VCSELs所產(chǎn)生的混沌信號(hào)所獲取的最終比特序列的隨機(jī)性能進(jìn)行測試,初步確定了可通過NIST SP 800-22統(tǒng)計(jì)測試的兩路隨機(jī)數(shù)所需的反饋強(qiáng)度的范圍,并在優(yōu)化的反饋強(qiáng)度下,理論上成功獲得了兩路高速的隨機(jī)數(shù)序列。
【關(guān)鍵詞】：垂直腔面發(fā)射激光器 雙光反饋 混沌熵源 隨機(jī)數(shù)
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN248
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 隨機(jī)數(shù)及其產(chǎn)生方法10-13
• 1.2.1 手工方法10-11
• 1.2.2 數(shù)學(xué)方法11-12
• 1.2.3 物理方法12-13
• 1.3 隨機(jī)數(shù)的分類13
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4.1 基于邊發(fā)射DFB激光器的隨機(jī)數(shù)生成方案13-15
• 1.4.2 基于VCSELs的隨機(jī)數(shù)生成方案15-16
• 1.5 小結(jié)16-17
• 1.6 本論文研究的內(nèi)容與意義17-19
• 第2章 垂直腔面發(fā)射激光器的基本理論及其理論模型19-28
• 2.1 垂直腔面發(fā)射激光器的發(fā)展過程19-21
• 2.2 垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)21-22
• 2.3 垂直腔面發(fā)射激光器的理論模型22-25
• 2.3.1 擴(kuò)展的L-K模型22-23
• 2.3.2 自旋反轉(zhuǎn)模型（SFM）23-25
• 2.4 基于SFM的VCSELs在外部擾動(dòng)下的速率方程25-27
• 2.4.1 光注入擾動(dòng)下VCSELs的速率方程25-26
• 2.4.2 光反饋擾動(dòng)下VCSELs的速率方程26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 雙光反饋的VCSELs在不同反饋強(qiáng)度下的動(dòng)力學(xué)特性28-33
• 3.1 引言28
• 3.2 系統(tǒng)模型28-29
• 3.3 理論模型29-30
• 3.4 結(jié)果與討論30-32
• 3.5 結(jié)論32-33
• 第4章 基于雙光反饋垂直腔面發(fā)射激光器獲取雙路高速隨機(jī)數(shù)的研究33-41
• 4.1 引言33-34
• 4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)34-35
• 4.3 理論模型35-36
• 4.4 結(jié)果與討論36-40
• 4.4.1 兩路混沌熵源的獲取36-38
• 4.4.2 比特序列的產(chǎn)生和測試結(jié)果分析38-40
• 4.5 結(jié)論40-41
• 第5章 結(jié)束語41-43
• 參考文獻(xiàn)43-51
• 致謝51-52
• 在讀期間發(fā)表和錄用的論文52

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