JP2009230200A - カオスレーザ発振器と、それを用いた超高速物理乱数生成装置とその方法と、そのプログラムと記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この発明の超高速物理乱数生成装置は、複合共振レーザの出力光強度信号が不規則に振動するカオス発振状態に設定されたカオス発振器からなる第1レーザ発振部と第2レーザ発振部と、第1と第2レーザ発振部の出力光強度信号を交流電気信号に変換する第1と第2光検出部と、周期クロックを発生する周期クロック発生部と、第1と第2光検出部が出力する交流電気信号を周期クロックのタイミングで2値信号に変換する第1と第2しきい値処理部と、第1しきい値処理部と第2しきい値処理部の出力する2値信号の排他的論理和を演算する排他的論理和手段と、を具備する。
【選択図】図23
Description
実施例3の超高速物理乱数生成装置900を構成して得られた2値乱数信号の品質を評価した。光通信用DFB半導体レーザ(型番NLK1555CCA)を用いて、注入電流値を12.0mA、外部共振器長を2.0m、周期クロック信号を1GHzとして毎秒1Gビットの速度で超高速物理乱数生成装置900が生成した2値乱数信号列を可視化した図を図30に示す。図30は、2値乱数信号列の“0”を白、“1”を黒として500×500の2次元平面に単純に記載したものである。この図は乱数生成装置の品質を評価するものとして一般的に使用されるものである。白黒の模様に規則性が見られないのでランダム性の高い2値乱数信号列が生成されていることが分かる。
の速度で2値乱数信号列を簡単に生成することが可能になる。なお、上記した実施例では
2値乱数信号の生成速度を毎秒1〜3.1Gビット程度の例で説明したが、この発明の超高速物理乱数生成装置を並列に接続することで、毎秒100Gビット程度の生成速度も実現可能である。または、この発明のカオスレーザ発振器自体が生成するカオス発振状態の出力光強度信号の中心周波数を100GHz程度に設定しても良い。
明の技術思想はこの例に限定されない。この発明の考えに基づいて生成した2値乱数信号列を、一度メモリに記録した後に任意のビット長で読み出すことで、所望のビット長の乱数信号に変換することも可能である。
Claims (12)
- レーザと、
上記レーザの注入電流を制御する注入電流制御部と、外部鏡と光減衰フィルタを備えた外部共振器とからなる複合共振レーザにおいて、
上記外部共振器における光の往復時間の逆数に対応する外部共振周波数が、2値乱数を生成するクロック周波数に対して非整数比に設定され、
上記複合共振レーザの出力光強度信号の中心周波数が、上記クロック周波数以上で、且つ、上記クロック周波数に対して非整数比に設定され、
上記複合共振レーザの出力光強度信号のRFスペクトルの振幅の高低が上記振幅の調整
幅の25dB以下に設定され、
上記複合共振レーザの出力光強度信号が不規則に振動するカオス発振状態に設定されて
いることを特徴とするカオスレーザ発振器。 - 請求項1に記載したカオスレーザ発振器である第1レーザと第2レーザと、それぞれを温度制御する温度制御部を備え、
上記第1レーザと第2レーザは、上記第2レーザに上記第1レーザの出力光強度信号が注入されて上記第2レーザの出力光強度信号が外部に出力されるように構成され、
上記第2レーザの外部共振周波数は、上記第1レーザの外部共振周波数に対して非整数比に設定され、
更に、上記第2レーザの波長は、上記第1レーザの出力光強度信号を注入した際に、上記第2レーザの出力光強度信号のRFスペクトルの周波数方向の幅が、上記第1レーザの出力光強度信号を未注入のときよりも広くなるように設定されたことを特徴とするカオスレーザ発振器。 - 請求項1又は2に記載のカオスレーザ発振器から成るレーザ発振部と、
上記レーザ発振部の出力光強度信号を交流電気信号に変換する光検出部と、
周期クロックを発生する周期クロック発生部と、
上記周期クロックのタイミングで上記光検出部が出力する上記交流電気信号を2値乱数信号に変換するしきい値処理部と、
を具備する超高速物理乱数生成装置。 - 請求項1又は2に記載のカオスレーザ発振器から成るレーザ発振部と、
上記レーザ発振部の出力光強度信号を交流電気信号に変換する光検出部と、
上記交流電気信号の0点を検出する0レベル検出部と、
上記出力光強度信号の中心周波数よりも高速な周期ディジタル信号を生成する周期ディジタル信号発生部と、
上記0点を検出したタイミングで上記周期ディジタル信号をサンプリングして2値乱数信号を出力するサンプリング処理部と、
を具備する超高速物理乱数生成装置。 - 請求項4に記載の超高速物理乱数生成装置において、
上記周期ディジタル信号発生部が、上記請求項1又は2に記載のカオスレーザ発振器から成る第2レーザ発振部と、上記第2レーザ発振部の出力光強度信号を交流電気信号に変換する第2光検出部とで構成されることを特徴とする超高速物理乱数生成装置。 - 請求項1又は2に記載したカオスレーザ発振器から成る第1レーザ発振部と第2レーザ発振部と、
上記第1と第2のレーザ発振部の出力光強度信号をそれぞれ第1と第2の交流電気信号に変換する第1光検出部と第2光検出部と、
周期クロックを発生する周期クロック発生部と、
上記周期クロックのタイミングで上記第1光検出部が出力する上記第1の交流電気信号を2値信号に変換する第1しきい値処理部と、
上記周期クロックのタイミングで上記第2光検出部が出力する上記第2の交流電気信号を2値信号に変換する第2しきい値処理部と、
上記第1しきい値処理部と、第2しきい値処理部の出力する上記2値信号の排他的論理和を出力信号とする排他的論理和手段と、
を具備する超高速物理乱数生成装置。 - レーザ発振部が、カオス発振状態の出力光強度信号を発生するレーザ発振過程と、
光検出部が、上記出力光強度信号を交流電気信号に変換する光検出過程と、
周期クロック発生部が、周期クロックを発生する周期クロック発生過程と、
しきい値処理部が、上記周期クロックのタイミングで上記光検出部が出力する上記交流電気信号を2値信号に変換するしきい値処理過程と、
を備える超高速物理乱数生成方法。 - レーザ発振部が、カオス発振状態の出力光強度信号を発生するレーザ発振過程と、
光検出部が、上記出力光強度信号を交流電気信号に変換する光検出過程と、
0レベル検出部が、上記交流電気信号の0点を検出する0レベル検出過程と、
周期ディジタル信号発生部が、上記出力光強度信号の中心周波数よりも高速な周期ディジタル信号を生成する周期ディジタル信号発生過程と、
サンプリング処理部が、上記0点を検出したタイミングで上記周期ディジタル信号をサンプリングして2値信号を出力するサンプリング処理過程と、
を備える超高速物理乱数生成方法。 - 請求項8に記載した超高速物理乱数生成方法において、
上記周期ディジタル信号発生過程は、
第2レーザ発振部がカオス発振状態の出力光強度信号を発生するステップと、
第2光検出部が上記出力光強度信号を交流電気信号に変換するステップと、
から成ることを特徴とする超高速物理乱数生成方法。 - 第1レーザ発振部と第2レーザ発振部とが、それぞれカオス発振状態の出力光強度信号を発生するレーザ発振過程と、
第1光検出部と第2光検出部とが、上記第1、第2のレーザ発振部の出力光強度信号をそれぞれ交流電気信号に変換する光検出過程と、
周期クロック発生部が、周期クロックを発生する周期クロック発生過程と、
第1しきい値処理部が、上記周期クロックのタイミングで上記第1光検出部が出力する上記交流電気信号を2値信号に変換する第1しきい値処理過程と、
第2しきい値処理部が、上記周期クロックのタイミングで上記第2光検出部が出力する上記交流電気信号を2値信号に変換する第2しきい値処理過程と、
排他的論理和手段が、上記第1しきい値処理部と、第2しきい値処理部の出力する上記2値信号の排他的論理和を出力信号とする排他的論理和過程と、
を備える超高速物理乱数生成方法。 - 請求項3乃至6の何れかに記載した超高速物理乱数生成装置の第1,第2レーザ発振部を含むレーザ発振部と、第1,第2光検出部を含む光検出部、以外の各部の機能をコンピュータで機能させるための装置プログラム。
- 請求項11に記載した何れかの装置プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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