Abstract

Random bit generation is experimentally demonstrated using a semiconductor laser driven into chaos by optical injection. The laser is not subject to any feedback so that the chaotic waveform possesses very little autocorrelation. Random bit generation is achieved at a sampling rate of 10 GHz even when only a fractional bandwidth of 1.5 GHz within a much broader chaotic bandwidth is digitized. By retaining only 3 least significant bits per sample, an output bit rate of 30 Gbps is attained. The approach requires no complicated postprocessing and has no stringent requirement on the electronics bandwidth.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
    [CrossRef]
  2. I. Kanter, Y. Aviad, I. Reidler, E. Cohen, and M. Rosenbluh, Nat. Photon. 4, 58 (2010).
    [CrossRef]
  3. M. Jofre, M. Curty, F. Steinlechner, G. Anzolin, J. P. Torres, M. W. Mitchell, and V. Pruneri, Opt. Express 19, 20665 (2011).
    [CrossRef]
  4. C. R. S. Williams, J. C. Salevan, X. Li, R. Roy, and T. E. Murphy, Opt. Express 18, 23584 (2010).
    [CrossRef]
  5. X. Li, A. B. Cohen, T. E. Murphy, and R. Roy, Opt. Lett. 36, 1020 (2011).
    [CrossRef]
  6. K. Hirano, T. Yamazaki, S. Morikatsu, H. Okumura, H. Aida, A. Uchida, S. Yoshimori, K. Yoshimura, T. Harayama, and P. Davis, Opt. Express 18, 5512 (2010).
    [CrossRef]
  7. P. Li, Y. C. Wang, and J. Z. Zhang, Opt. Express 18, 20360 (2010).
    [CrossRef]
  8. P. Li, Y. C. Wang, A. B. Wang, L. Z. Yang, M. J. Zhang, and J. Z. Zhang, Opt. Express 20, 4297 (2012).
    [CrossRef]
  9. A. Argyris, S. Deligiannidis, E. Pikasis, A. Bogris, and D. Syvridis, Opt. Express 18, 18763 (2010).
    [CrossRef]
  10. K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
    [CrossRef]
  11. N. Oliver, M. C. Soriano, D. W. Sukow, and I. Fischer, Opt. Lett. 36, 4632 (2011).
    [CrossRef]
  12. S. C. Chan, IEEE J. Quantum Electron. 46, 421 (2010).
    [CrossRef]
  13. X. Fu, S. C. Chan, Q. Liu, and K. Y. Y. Wong, Appl. Opt. 50, E92 (2011).
    [CrossRef]
  14. T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
    [CrossRef]
  15. F. Y. Lin and J. M. Liu, Opt. Commun. 221, 173 (2003).
    [CrossRef]
  16. J. G. Wu, G. Q. Xia, X. Tang, X. D. Lin, T. Deng, L. Fan, and Z. M. Wu, Opt. Express 18, 6661 (2010).
    [CrossRef]
  17. K. W. Tang, H. S. Kwok, W. K. S. Tang, and K. F. Man, Int. J. Bifurc. Chaos 18, 851 (2008).

2012 (2)

P. Li, Y. C. Wang, A. B. Wang, L. Z. Yang, M. J. Zhang, and J. Z. Zhang, Opt. Express 20, 4297 (2012).
[CrossRef]

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

2011 (4)

2010 (7)

2009 (1)

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

2008 (2)

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

K. W. Tang, H. S. Kwok, W. K. S. Tang, and K. F. Man, Int. J. Bifurc. Chaos 18, 851 (2008).

2003 (1)

F. Y. Lin and J. M. Liu, Opt. Commun. 221, 173 (2003).
[CrossRef]

Aida, H.

Amano, K.

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Anzolin, G.

Aoyama, K.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

Arai, K.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

Argyris, A.

Aviad, Y.

I. Kanter, Y. Aviad, I. Reidler, E. Cohen, and M. Rosenbluh, Nat. Photon. 4, 58 (2010).
[CrossRef]

Bogris, A.

Chan, S. C.

Cohen, A. B.

Cohen, E.

I. Kanter, Y. Aviad, I. Reidler, E. Cohen, and M. Rosenbluh, Nat. Photon. 4, 58 (2010).
[CrossRef]

Curty, M.

Davis, P.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

K. Hirano, T. Yamazaki, S. Morikatsu, H. Okumura, H. Aida, A. Uchida, S. Yoshimori, K. Yoshimura, T. Harayama, and P. Davis, Opt. Express 18, 5512 (2010).
[CrossRef]

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Deligiannidis, S.

Deng, T.

Fan, L.

Fischer, I.

Fu, X.

Harayama, T.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

K. Hirano, T. Yamazaki, S. Morikatsu, H. Okumura, H. Aida, A. Uchida, S. Yoshimori, K. Yoshimura, T. Harayama, and P. Davis, Opt. Express 18, 5512 (2010).
[CrossRef]

Hirano, K.

K. Hirano, T. Yamazaki, S. Morikatsu, H. Okumura, H. Aida, A. Uchida, S. Yoshimori, K. Yoshimura, T. Harayama, and P. Davis, Opt. Express 18, 5512 (2010).
[CrossRef]

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Ikeguchi, T.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

Inoue, M.

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Jofre, M.

Kanno, K.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

Kanter, I.

I. Kanter, Y. Aviad, I. Reidler, E. Cohen, and M. Rosenbluh, Nat. Photon. 4, 58 (2010).
[CrossRef]

Kurashige, T.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Kwok, H. S.

K. W. Tang, H. S. Kwok, W. K. S. Tang, and K. F. Man, Int. J. Bifurc. Chaos 18, 851 (2008).

Li, P.

Li, X.

Lin, F. Y.

F. Y. Lin and J. M. Liu, Opt. Commun. 221, 173 (2003).
[CrossRef]

Lin, X. D.

Liu, J. M.

F. Y. Lin and J. M. Liu, Opt. Commun. 221, 173 (2003).
[CrossRef]

Liu, Q.

Man, K. F.

K. W. Tang, H. S. Kwok, W. K. S. Tang, and K. F. Man, Int. J. Bifurc. Chaos 18, 851 (2008).

Mikami, T.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

Mitchell, M. W.

Morikatsu, S.

Murphy, T. E.

Naito, S.

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Okumura, H.

Oliver, N.

Oowada, I.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Pikasis, E.

Pruneri, V.

Reidler, I.

I. Kanter, Y. Aviad, I. Reidler, E. Cohen, and M. Rosenbluh, Nat. Photon. 4, 58 (2010).
[CrossRef]

Rosenbluh, M.

I. Kanter, Y. Aviad, I. Reidler, E. Cohen, and M. Rosenbluh, Nat. Photon. 4, 58 (2010).
[CrossRef]

Roy, R.

Salevan, J. C.

Shiki, M.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Someya, H.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Soriano, M. C.

Steinlechner, F.

Sukow, D. W.

Sunada, S.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

Syvridis, D.

Tang, K. W.

K. W. Tang, H. S. Kwok, W. K. S. Tang, and K. F. Man, Int. J. Bifurc. Chaos 18, 851 (2008).

Tang, W. K. S.

K. W. Tang, H. S. Kwok, W. K. S. Tang, and K. F. Man, Int. J. Bifurc. Chaos 18, 851 (2008).

Tang, X.

Torres, J. P.

Uchida, A.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

K. Hirano, T. Yamazaki, S. Morikatsu, H. Okumura, H. Aida, A. Uchida, S. Yoshimori, K. Yoshimura, T. Harayama, and P. Davis, Opt. Express 18, 5512 (2010).
[CrossRef]

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Wang, A. B.

Wang, Y. C.

Williams, C. R. S.

Wong, K. Y. Y.

Wu, J. G.

Wu, Z. M.

Xia, G. Q.

Yamazaki, T.

Yang, L. Z.

Yoshimori, S.

K. Hirano, T. Yamazaki, S. Morikatsu, H. Okumura, H. Aida, A. Uchida, S. Yoshimori, K. Yoshimura, T. Harayama, and P. Davis, Opt. Express 18, 5512 (2010).
[CrossRef]

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Yoshimura, K.

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

K. Hirano, T. Yamazaki, S. Morikatsu, H. Okumura, H. Aida, A. Uchida, S. Yoshimori, K. Yoshimura, T. Harayama, and P. Davis, Opt. Express 18, 5512 (2010).
[CrossRef]

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Zhang, J. Z.

Zhang, M. J.

Appl. Opt. (1)

IEEE J. Quantum Electron. (2)

K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, IEEE J. Quantum Electron. 45, 1367 (2009).
[CrossRef]

S. C. Chan, IEEE J. Quantum Electron. 46, 421 (2010).
[CrossRef]

Int. J. Bifurc. Chaos (1)

K. W. Tang, H. S. Kwok, W. K. S. Tang, and K. F. Man, Int. J. Bifurc. Chaos 18, 851 (2008).

Nat. Photon. (2)

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

I. Kanter, Y. Aviad, I. Reidler, E. Cohen, and M. Rosenbluh, Nat. Photon. 4, 58 (2010).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

F. Y. Lin and J. M. Liu, Opt. Commun. 221, 173 (2003).
[CrossRef]

Opt. Express (7)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. E (1)

T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, and P. Davis, Phys. Rev. E 85, 016211 (2012).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic of the experimental setup. ML, master laser; SL, slave laser; VA, variable attenuator; CIR, circulator; OI, optical isolator; PD, photodetector; A, amplifier; PSA, power spectrum analyzer.

Fig. 2.
Fig. 2.

Measurements at the output of the amplifier. (a) Power spectrum of chaos (red) and noise (gray). (b) Magnitude of autocorrelation of chaos.

Fig. 3.
Fig. 3.

Digitized signals obtained at (i) position a, (ii) position b, and (iii) position c of the experimental setup.

Fig. 4.
Fig. 4.

Spectra of the digitized signals obtained at position a (red), position b (gray), and position c (black) of the experimental setup.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Results of the NIST Special Publication 800-22 Statistical Tests for Random Bits

Metrics