1.一种基于激光混沌熵源的物理随机数发生器,其特征在于,包括物理熵源和后处理单元;
所述物理熵源包括第一信号回路和第二信号回路;
所述第一信号回路和第二信号回路连接,第一信号回路与后处理单元连接;
所述第一信号回路和第二信号回路均包括顺次连接的DFB激光器、光环形器、光耦合器和光电探测器,且光耦合器的输出端与光环形器的输入端连接;
所述第一信号回路中光环形器和光耦合器之间还连接有相位调制器,且光耦合器的输出端通过啁啾布拉格光栅反射后与光电探测器连接,所述第一信号回路中光电探测器的输出端作为物理熵源的输出端与后处理单元连接;
所述第二信号回路还包括电子放大器,所述电子放大器的输入端与所述第二信号回路的光电探测器连接,所述电子放大器的输出端输出电信号作为所述相位调制器的驱动信号;
所述物理熵源中的DFB激光器、光环形器、光耦合器、相位调制器、啁啾布拉格光栅、光电探测器和电子放大器之间均通过光纤进行连接;
所述第二信号回路中电子放大器和光电探测器通过射频线连接。
2.根据权利要求1所述的基于激光混沌熵源的物理随机数发生器,其特征在于,所述后处理单元的功能模块包括A/D转换模块、多次方根计算模块和随机序列提取模块。
3.根据权利要求1所述的基于激光混沌熵源的物理随机数发生器,其特征在于,两个所述DFB激光器的反馈回路均包括光环形器和光耦合器。
4.一种基于激光混沌熵源的物理随机数发生方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、通过物理熵源产生扩频的混沌光信号;
S2、通过第一信号回路中的光电探测器将扩频的混沌光信号转化为混沌电信号;
S3、通过A/D转换模块对混沌电信号进行采样,并获得采样信号;
S4、对采样值进行多次方根运算,并将运算后的采样值量化为8位二进制数据;
S5、选取8位二进制数据中的最低有效位产生最终的物理随机数序列;
所述步骤S1具体为:
通过第一信号回路的DFB激光器及其反馈回路产生激光混沌信号,第二信号回路的DFB激光器及其反馈回路产生不相关的激光混沌信号,经过第二信号回路的光电探测器的光电转换和电子放大器的放大后电域混沌信号作为第一信号回路中相位调制器的驱动信号,通过相位调制器对混沌激光信号进行相位调制,将其输出的光信号注入啁啾布拉格光栅,并反射出扩频混沌光信号。
5.根据权利要求4所述的激光混沌熵源的物理随机数发生方法,其特征在于,所述第一信号回路或第二信号回路的DFB激光器及其反馈回路构成两个外腔半导体激光器,所述外腔半导体激光器可用光反馈式的半导体激光器Lang—Kobayashi单模速率方程描述,所述Lang—Kobayashi单模速率方程为:
式中, 为DFB激光器的电场速率,i为复数的虚数单位,α为线宽增强因子,G(t)为光场增益,E(t)和N(t)分别是激光器腔内复电场强度和载流子密度,k为DFB激光器的反馈强度,τ为反馈延时,ω0为DFB激光器的输出角频率,β为自发辐射因子,χ为方差为1均值为0的高斯白噪声,τp为光子寿命;
所述DFB激光器中的载流子密度N(t)公式为:
式中,q为电荷电量,V为激光器的有源区体积,τn为载流子寿命,I为半导体激光器的泵浦电流;
所述光场增益G(t)为:
其中,N0为透明载流子密度;ε为增益压缩因子;
所述反馈强度k为:
其中r0和r分别是激光器输出端面和外部反射镜面的反射率;τin是光在激光器谐振腔内的往返周期;
经相位调制器调制后的光信号:
式中,Eout和Ein分别是相位调制器的输出和输入信号, 为相移,KPM为调制系数,G(|E|2)为放大后的混沌电信号,E为第二信号回路产生的相位调制驱动信号,Vπ为相位调制器半波电压。
6.根据权利要求5所述的基于激光混沌熵源的物理随机数发生方法,其特征在于,通过改变啁啾布拉格光栅的参数来改变混沌光信号的有效带宽,所述变啁啾布拉格光栅的参数包括长度和啁啾系数;
通过自相关函数、延时互信息和排列熵分析啁啾布拉格光栅反射出的扩频混沌光信号。