随着计算机技术、通信技术的迅速发展，特别是网络的广泛利用，信息已是当今社会的一种重要财富，用于接收、存储、处理和传送信息的信息系统已同人们的活动紧密地联系在一起，信息安全已受到社会各界的广泛重视。为了保证信息系统的安全性，密码技术被应用于信息系统中，以实现信息的保密性、完整性、可用性、可控性和不可否认性。

因此，随机数发生器在信息安全领域有着重要的应用，比如用于生成公钥密码体制 (如 ECC, RSA)的参数或对称密码体制 (如 DES, 3DES)的密钥等。由于伪随机数是有一定规律可循的，可预测随机数，因此在加密领域 ,需要用不可预测的真随机数来保证信息的安全。

目前，国内外针对基于混沌激光器的真随机数发生器也取得了一些突破和成就。在2009年刊登在自然杂志的一篇名为《一种光学超快速随机比特发生器》，作者坎特提出了一种基于混沌半导体激光器的物理随机比特发生器，具有延时自反馈功能，可以高达300Gbit的速率可靠地工作。该方法使用数字化混沌激光强度的高导数，并通过保留高导数值的许多最低有效位来产生随机序列。该方法对激光器操作参数不敏感，并且消除了所有外部约束的必要性，例如不相称的采样率和激光外腔往返时间。通过标准统计测试验证长位串的随机性。该发生器易于实现，并对数字化的时序或激光输出功率的平均值完全没有要求。

尽管相较于电学方法产生的混沌，利用激光器产生的混沌激光有更宽的带宽，然而受限于半导体激光器的弛豫振荡频率，利用单独反馈或注入的方法产生的混沌带宽被局限于数吉赫兹（大约为4-9GHz)。混沌激光的带宽直接影响光通信的速率、测距的分辨率、以及随机数的速率，所以半导体激光器所产生的混沌激光波长的灵活性自然就比较差。而由于结构不同，调谐机理不同，导致不同的半导体激光器的调谐特性也有很大差异。外腔结构的可调谐半导体激光器可以实现大范围的波长调谐（大于100nm），但是由于它采用机械方法调谐，调谐和转换速率较慢，限制了它的应用范围。具有集成内光栅的DBR激光器具有较大的连续调谐范围（大于5.8nm），但它的无源光栅调谐区的载流子的寿命较长，限制了它的调谐速度。另一种具有集成内光栅的DFB激光器具有波分复用和频分复用所要求的足够快的频率响应特性，但其调谐范围相对较小（1.9nm）。可见无论是何种的半导体激光器，都不能兼顾波长调节范围大、可实现连续调谐、有较高的调谐和转换速度的优点，而半导体光放大器（SOA）可以同时满足以上要求，是实现波长连续可调谐混沌光源的首选。

故综合以上结果，本设计拟采用基于SOA的光纤环形激光器来输出混沌信号。利用SOA与光纤反馈可以构成环形腔激光器SOA-FRL。在SOA-FRL中将 SOA 的光互作用特性与反馈条件相结合，可以改变SOA-FRL的起振、抑制、选频等多种状态，从而构成不同功能的全光信号处理器件。

SOA具有结构简单、体积小，可充分利用现有的半导体激光器技术，制作工艺成熟、成本低、寿命长、功耗小，且便于与其他光器件进行集成的优点。SOA环腔光源的输出光谱中心波长在1530nm处，3dB谱宽约为60nm，大致从

1500nm 至1560nm，覆盖了C波段。这一光谱特性使其输出光可以自然地进入 C波段波分复用器的各个支路中。并且SOA环腔光源的输出光经1GHz光电探测器检测后，其时域波形具有明显的噪声特性，并具有连续的宽频谱，从而说明SOA-FRL能输出稳定的混沌信号。

值得一提的是，基于SOA-FRL构建的混沌激光器还可以实现波长可调谐的功能，也即通过调节激光器的波长控制单元，能使激光器的输出波长发生变化，通常调节范围在几纳米到几十纳米之间。如果使用固定波长激光器对每个激光器进行备份，则会导致激光器数目增加，成本上升。而利用波长可调谐激光器作为备份，由于其波长可变，一个激光器可以对几个波长甚至整个波段的波长进行备份，从而降低成本。根据网络中波长的使用情况，动态地选择信号波长，从而以较低的成本实现动态的波长分配和使用，提升网络的灵活性。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：