CN114721625A - 一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器，属于量子安全通信技术领域，包括衬底、激光光源、偏振分束模块、分束模块、偏振旋转延时模块、第一光电探测模块和第二光电探测模块，所述偏振分束模块、分束模块、偏振旋转延时模块采用的材料均为光波导结构，并集成在同一衬底上。与现有技术相比，本发明将激光光源、光电探测模块以及干涉仪一体化集成，并通过偏振旋转延时结构实现往返式干涉仪，可减小光学芯片的整体尺寸，大大提高了芯片的集成度。偏振旋转延时结构使得返回的光信号偏振旋转90°，可保证干涉的稳定性，进而提高了量子随机数发生器的工作稳定性。另外，本发明方案可在多种集成平台实现，具有较高的灵活性。

Description

一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器

技术领域

本发明涉及量子安全通信技术领域，特别涉及一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器。

背景技术

在现代社会中，随机数被广泛使用在仿真模拟，密码学等诸多领域。依照生成原理不同，随机数可以分为伪随机数和真随机数两大类。由于伪随机数一般都是通过算法产生，随着量子计算的威胁日益紧迫，伪随机数的将变得可被预测，因此其安全性无法保证。量子随机数发生器（QRNG）是利用量子物理内秉特性生成物理真随机数的新型技术，如基于量子真空态噪声，激光自发辐射的量子相位噪声等量子光学原理实现的量子随机数发生器，其产生的随机数是完全无法预测的，因此具有真随机性，也是目前研究较多且较为成熟的量子随机数产生方案。

目前，量子随机数发生器多采用分立光学元件搭建而成，体积大、结构复杂、稳定性差、成本高，难以大批量生产。因此，将光学器件集成是必然的发展趋势。然而在现有技术中，量子随机数发生器光学部分的集成度不高或实现难度大。如专利CN113934400A公开了一种基于二氧化硅波导的混合集成量子随机数发生器，该方案将不同的材料进行混合集成，并且需要通过透镜进行耦合，存在集成度较低、体积较大等问题。

发明内容

针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器，包括衬底、激光光源、偏振分束模块、分束模块、偏振旋转延时模块、第一光电探测模块和第二光电探测模块，所述偏振分束模块的第一端口、第三端口与激光光源、第二光电探测模块相连；所述分束模块的第一端口、第四端口分别与偏振分束模块的第二端口、第一光电探测模块相连；所述分束模块的第二端口、第三端口分别通过长度相同的波导连接偏振旋转延时模块的第一端口、第二端口；所述激光光源用于产生带有自发辐射相位噪声的连续光信号，所述第一光电探测模块和第二光电探测模块分别用于将相位噪声转换为光强波动和监控相位漂移参数；所述偏振旋转延时模块将入射至其第一端口的光信号偏振态旋转90°后从其第一端口出射，且将入射至其第二端口的光信号偏振态旋转90°并延时Δt后从其第二端口出射，所述偏振分束模块、分束模块、偏振旋转延时模块采用的材料均为光波导结构的材料，并集成在同一衬底上。

优选地，所述偏振旋转延时模块包括第一偏振分束旋转器、第二偏振分束旋转器、第一相位调制模块和第一光延时线，所述第一偏振分束旋转器的第一端口、第二偏振分束旋转器的第一端口分别作为偏振旋转延时模块的第一端口、第二端口；所述第一偏振分束旋转器的第二端口和第三端口直接相连，构成第一萨格纳克环，所述第一相位调制模块位于第一萨格纳克环内；所述第二偏振分束旋转器的第二端口和第三端口直接相连，构成第二萨格纳克环，所述第一光延时线位于第二萨格纳克环内；所述第一光延时线为弯曲波导结构，其长度大于第一相位调制模块的长度，且长度差为ΔL＝cΔt/n，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率。

优选地，所述偏振旋转延时模块包括第二相位调制模块、第二光延时线、第三偏振分束旋转器、第四偏振分束旋转器，所述第二相位调制模块的一个端口、第二光延时线的一个端口分别作为偏振旋转延时模块的第一端口、第二端口；所述第二相位调制模块的另一个端口、第二光延时线的另一个端口分别连接第三偏振分束旋转器的第一端口、第四偏振分束旋转器的第一端口；所述第三偏振分束旋转器的第二端口和第三端口直接相连，构成第三萨格纳克环；所述第四偏振分束旋转器的第二端口和第三端口直接相连，构成第四萨格纳克环；所述第三萨格纳克环和第四萨格纳克环长度相等；所述第二光延时线为弯曲波导结构，其长度大于第二相位调制模块的长度，且长度差为ΔL＝cΔt/(2n)，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率。

优选地，所述偏振旋转延时模块包括第三相位调制模块、第三光延时线和第五偏振分束旋转器，所述第三相位调制模块的一个端口、第三光延时线的一个端口分别作为偏振旋转延时模块的第一端口、第二端口；所述第三相位调制模块的另一个端口、第三光延时线的另一个端口分别连接第五偏振分束旋转器的第一端口、第四端口；所述第五偏振分束旋转器的第二端口和第三端口直接相连，构成第五萨格纳克环；所述第三光延时线为弯曲波导结构，其长度大于第三相位调制模块的长度，且长度差为ΔL＝cΔt/(2n) ，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率，所述第五偏振分束旋转模块为基于2X2非对称定向耦合器的偏振分束旋转器。

优选地，所述衬底为硅、石英或III-V族半导体化合物材料。

优选地，所述光波导结构的材料为磷化铟、氮化硅、二氧化硅、绝缘体上硅、铌酸锂薄膜中的一种或多种组合。

优选地，所述分束模块为3dB定向耦合器或多模干涉耦合器。

优选地，所述第一相位调制模块为上方设置有加热电极的直波导结构，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金，所述第二相位调制模块为上方设置有加热电极的直波导结构，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金，所述第三相位调制模块为上方设置有加热电极的直波导结构，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明提出一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器，将激光光源、光电探测模块以及干涉仪一体化集成，并通过偏振旋转延时结构实现往返式干涉仪，可减小光学芯片的整体尺寸，大大提高了芯片的集成度。偏振旋转延时结构使得返回的光信号偏振旋转90°，可保证干涉的稳定性，同时采用偏振分束模块可防止返回的光信号进入激光光源导致其不稳定，可提高量子随机数发生器的工作稳定性。另外，本发明方案可在多种集成平台实现，具有较高的灵活性。

附图说明

图1为本发明的基于集成光学芯片的量子随机数发生器结构原理框图；

图2为本发明的基于集成光学芯片的量子随机数发生器实施例一的原理框图；

图3为本发明的基于集成光学芯片的量子随机数发生器实施例二的原理框图；

图4为本发明的基于集成光学芯片的量子随机数发生器实施例三的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，包括衬底1、激光光源2、偏振分束模块3、分束模块4、偏振旋转延时模块5、第一光电探测模块6和第二光电探测模块7，所述偏振分束模块3的第一端口、第三端口与激光光源2、第二光电探测模块7相连；所述分束模块4的第一端口、第四端口分别与偏振分束模块3的第二端口、第一光电探测模块6相连；所述分束模块4的第二端口、第三端口分别通过长度相同的波导连接偏振旋转延时模块5的第一端口、第二端口；所述激光光源2工作范围包括阈值电流，用于产生带有自发辐射相位噪声的连续光信号，所述第一光电探测模块6和第二光电探测模块7分别用于将辐射相位噪声转换为光强波动和监控相位漂移参数；所述偏振旋转延时模块5将入射至其第一端口的光信号偏振态旋转90°后从其第一端口出射，且将入射至其第二端口的光信号偏振态旋转90°并延时Δt后从其第二端口出射，所述偏振分束模块3、分束模块4、偏振旋转延时模块5采用的材料均为光波导结构的材料，并集成在同一衬底1上，所述衬底1为硅、石英或III-V族半导体化合物材料，所述光波导结构的材料为磷化铟、氮化硅、二氧化硅、绝缘体上硅、铌酸锂薄膜中的一种或多种组合，所述分束模块4为3dB定向耦合器或多模干涉耦合器。

具体实现过程如下：

所述激光光源2工作在阈值电流附近，产生带有自发辐射相位噪声的连续光信号S0，在波导中为TE偏振（电场振动方向垂直入射面的为TE偏振，电场振动方向在入射面内的为TM偏振），首先进入偏振分束模块3的第一端口，从第二端口出射，在波导中仍为TE偏振，然后进入分束模块4的第一端口，被分为幅度相等、偏振均为TE的两路光信号S1和S2，分别从分束模块4的第二端口和第三端口出射。其中S1为沿下路波导到达偏振旋转延时模块的第一端口，偏振旋转90°后仍从第一端口返回，变为TM偏振，随后到达分束模块4的第二端口；S2沿上路波导到达偏振旋转延时模块5的第二端口，偏振旋转90°并被延时Δt后仍从第二端口返回，变为TM偏振，随后到达分束模块4的第三端口。因此S1和S2再次分别回到分束模块4的第二端口和第三端口时，二者的偏振均旋转了90°，因此仍保持一致，时间差为Δt。

从激光光源2发出的光信号S0’与S0相比延时了Δt，且在波导中的传播过程与S0相同，其在经过分束模块4时被分成S1’和S2’。其中S1’与S2同时返回分束模块4的第二端口和第三端口，进行干涉，由于二者均为TM偏振，因此二者可以稳定干涉，干涉结果仅由相位差决定。通过控制干涉仪两臂相位差为(2m+1/2)π，并用光电探测模块测量干涉结果的光强，滤除干涉结果电信号中的直流分量，得到的结果仅与两个信号所携带自发辐射随机相位的差有关，通过光电探测模块测量干涉的光强涨落即可得到的相位涨落，即为激光光源的相位噪声。干涉结果从分束模块4的第一端口和第四端口出射，后者直接到达第一光电探测模块6，前者经过偏振分束模块3到达第一光电探测模块7。两个光电探测模块的探测结果分别用于将激光相位噪声转换为光强波动和监控相位漂移参数，同通过高速ADC采样进行数据采集和后处理，最终得到量子随机数。

如图2所示，本发明用于基于集成光学芯片的量子随机数发生器实施例一：

所述用于基于集成光学芯片的量子随机数发生器结构为：所述偏振旋转延时模块5包括第一偏振分束旋转器5-1、第二偏振分束旋转器5-2、第一相位调制模块5-3和第一光延时线5-4，所述第一偏振分束旋转器5-1的第一端口、第二偏振分束旋转器5-2的第一端口分别作为偏振旋转延时模块5的第一端口、第二端口；所述第一偏振分束旋转器5-1的第二端口和第三端口直接相连，构成第一萨格纳克环，所述第一相位调制模块5-3位于第一萨格纳克环内；所述第二偏振分束旋转器5-2的第二端口和第三端口直接相连，构成第二萨格纳克环，所述第一光延时线5-4位于第二萨格纳克环内；所述第一光延时线5-4为弯曲波导结构，其长度大于第一相位调制模块5-3的长度，且长度差为ΔL＝cΔt/n，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率，Δt为延时，所述第一相位调制模块5-3为上方设置有加热电极的直波导结构，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金。

实施例一具体过程包括为：

所述激光光源2工作在阈值电流附近，产生带有自发辐射相位噪声的连续光信号S0，在波导中为TE偏振，首先进入偏振分束模块3的第一端口，从第二端口出射，在波导中仍为TE偏振，然后进入分束模块4的第一端口，被分为幅度相等、偏振均为TE的两路光信号S1和S2，分别从分束模块4的第二端口和第三端口出射。其中S1为沿下路波导到达第一偏振分束旋转模块5-1的第一端口，从第二端口出射，沿第一萨格纳克环传播，经过第一相位调制模块5-3之后到达第一偏振分束旋转模块5-1的第三端口，从其第一端口出射，偏振旋转90°变为TM偏振，随后到达分束模块4的第二端口；S2沿上路波导到达第二偏振分束旋转模块5-2的第一端口，从第二端口出射，沿第二萨格纳克环传播，经过第一光延时线5-4被延时Δt后到达第二偏振分束旋转模块5-2的第三端口，从其第一端口出射，偏振旋转90°变为TM偏振，随后到达分束模块4的第三端口。因此S1和S2再次分别回到分束模块4的第二端口和第三端口时，二者的偏振均旋转了90°变为TM偏振，因此仍保持一致，时间差为Δt。

从激光光源2发出的光信号S0’与S0相比延时了Δt，且在波导中的传播过程与S0相同，其在经过分束模块4时被分成S1’和S2’。其中S1’与S2同时返回分束模块4的第二端口和第三端口，进行干涉，由于二者均为TM偏振，因此二者可以稳定干涉，干涉结果仅由相位差决定。通过调节第一相位调制模块5-3控制干涉仪两臂相位差为(2m+1/2)π，并用光电探测模块测量干涉结果的光强，滤除干涉结果电信号中的直流分量，得到的结果仅与两个信号所携带自发辐射随机相位的差有关，通过光电探测模块测量干涉的光强涨落即可得到的相位涨落，即为激光光源的相位噪声。干涉结果从分束模块4的第一端口和第四端口出射，后者直接到达第一光电探测模块6，前者经过偏振分束模块3到达第一光电探测模块7。两个光电探测模块的探测结果分别用于将激光相位噪声转换为光强波动和监控相位漂移参数，同通过高速ADC采样进行数据采集和后处理，最终得到量子随机数。

如图3所示，本发明用于基于集成光学芯片的量子随机数发生器实施例二：

所述用于基于集成光学芯片的量子随机数发生器结构为：所述偏振旋转延时模块5包括第二相位调制模块5-5、第二光延时线5-6、第三偏振分束旋转器5-7、第四偏振分束旋转器5-8，所述第二相位调制模块5-5的一个端口、第二光延时线5-6的一个端口分别作为偏振旋转延时模块5的第一端口、第二端口；所述第二相位调制模块5-5的另一个端口、第二光延时线5-6的另一个端口分别连接第三偏振分束旋转器5-7的第一端口、第四偏振分束旋转器5-8的第一端口；所述第三偏振分束旋转器5-7的第二端口和第三端口直接相连，构成第三萨格纳克环；所述第四偏振分束旋转器5-8的第二端口和第三端口直接相连，构成第四萨格纳克环；所述第三萨格纳克环和第四萨格纳克环长度相等；所述第二光延时线5-6为弯曲波导结构，其长度大于第二相位调制模块5-5的长度，且长度差为ΔL＝cΔt/(2n)，所述第二相位调制模块5-5为上方设置有加热电极的直波导结构，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金。

实施例二具体过程包括为：

所述激光光源2工作在阈值电流附近，产生带有自发辐射相位噪声的连续光信号S0，在波导中为TE偏振，首先进入偏振分束模块3的第一端口，从第二端口出射，在波导中仍为TE偏振，然后进入分束模块4的第一端口，被分为幅度相等、偏振均为TE的两路光信号S1和S2，分别从分束模块4的第二端口和第三端口出射。其中S1为沿下路波导经过第二相位调制模块5-5到达第三偏振分束旋转模块5-7的第一端口，从第二端口出射，沿第三萨格纳克环传播，到达第三偏振分束旋转模块5-7的第三端口，从其第一端口出射，偏振旋转90°变为TM偏振，再次经过第二相位调制模块5-5后到达分束模块4的第二端口；S2沿上路波导经第二光延时线5-6被延时Δt/2后到达第四偏振分束旋转模块5-8的第一端口，从第二端口出射，沿第四萨格纳克环传播，随后到达第四偏振分束旋转模块5-8的第三端口，从其第一端口出射，偏振旋转90°变为TM偏振，再次经过第二光延时线5-6被延时Δt/2后到达分束模块4的第三端口。因此S1和S2再次分别回到分束模块4的第二端口和第三端口时，二者的偏振均旋转了90°变为TM偏振，因此仍保持一致，时间差为Δt。

从激光光源2发出的光信号S0’与S0相比延时了Δt，且在波导中的传播过程与S0相同，其在经过分束模块4时被分成S1’和S2’。其中S1’与S2同时返回分束模块4的第二端口和第三端口，进行干涉，由于二者均为TM偏振，因此二者可以稳定干涉，干涉结果仅由相位差决定。通过调节第二相位调制模块5-5控制干涉仪两臂相位差为(2m+1/2)π，并用光电探测模块测量干涉结果的光强，滤除干涉结果电信号中的直流分量，得到的结果仅与两个信号所携带自发辐射随机相位的差有关，通过光电探测模块测量干涉的光强涨落即可得到的相位涨落，即为激光光源的相位噪声。干涉结果从分束模块4的第一端口和第四端口出射，后者直接到达第一光电探测模块6，前者经过偏振分束模块3到达第一光电探测模块7。两个光电探测模块的探测结果分别用于将激光相位噪声转换为光强波动和监控相位漂移参数，同通过高速ADC采样进行数据采集和后处理，最终得到量子随机数。

如图4所示，本发明用于基于集成光学芯片的量子随机数发生器实施例三：

所述用于基于集成光学芯片的量子随机数发生器结构为：所述偏振旋转延时模块5包括第三相位调制模块5-9、第三光延时线5-10和第五偏振分束旋转器5-11，所述第三相位调制模块5-9的一个端口、第三光延时线5-10的一个端口分别作为偏振旋转延时模块5的第一端口、第二端口；所述第三相位调制模块5-9的另一个端口、第三光延时线5-10的另一个端口分别连接第五偏振分束旋转器5-11的第一端口、第四端口；所述第五偏振分束旋转器5-11的第二端口和第三端口直接相连，构成第五萨格纳克环；所述第三光延时线5-10为弯曲波导结构，其长度大于第三相位调制模块5-9的长度，且长度差为ΔL＝cΔt/(2n)，所述第三相位调制模块5-9为上方设置有加热电极的直波导结构，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金。

实施例三具体过程包括为：

所述激光光源2工作在阈值电流附近，产生带有自发辐射相位噪声的连续光信号S0，在波导中为TE偏振，首先进入偏振分束模块3的第一端口，从第二端口出射，在波导中仍为TE偏振，然后进入分束模块4的第一端口，被分为幅度相等、偏振均为TE的两路光信号S1和S2，分别从分束模块4的第二端口和第三端口出射。其中S1为沿下路波导经过第三相位调制模块5-9到达第五偏振分束旋转模块5-11的第一端口，从第二端口出射，仍为TE偏振，沿第五萨格纳克环传播到达第五偏振分束旋转模块5-11的第三端口，从其第一端口出射，偏振旋转90°变为TM偏振，再次经过第三相位调制模块5-9后到达分束模块4的第二端口；S2沿上路波导经第三光延时线5-10被延时Δt/2后到达第五偏振分束旋转模块5-11的第四端口，从第二端口出射，偏振旋转90°变为TM偏振，沿第五萨格纳克环传播到达第五偏振分束旋转模块5-11的第三端口，从其第一端口出射，仍为TM偏振，再次经过第三光延时线5-10被延时Δt/2后到达分束模块4的第三端口。因此S1和S2再次分别回到分束模块4的第二端口和第三端口时，二者的偏振均旋转了90°变为TM偏振，因此仍保持一致，时间差为Δt。

从激光光源2发出的光信号S0’与S0相比延时了Δt，且在波导中的传播过程与S0相同，其在经过分束模块4时被分成S1’和S2’。其中S1’与S2同时返回分束模块4的第二端口和第三端口，进行干涉，由于二者均为TM偏振，因此二者可以稳定干涉，干涉结果仅由相位差决定。通过调节第三相位调制模块5-9控制干涉仪两臂相位差为(2m+1/2)π，并用光电探测模块测量干涉结果的光强，滤除干涉结果电信号中的直流分量，得到的结果仅与两个信号所携带自发辐射随机相位的差有关，通过光电探测模块测量干涉的光强涨落即可得到的相位涨落，即为激光光源的相位噪声。干涉结果从分束模块4的第一端口和第四端口出射，后者直接到达第一光电探测模块6，前者经过偏振分束模块3到达第一光电探测模块7。两个光电探测模块的探测结果分别用于将激光相位噪声转换为光强波动和监控相位漂移参数，同通过高速ADC采样进行数据采集和后处理，最终得到量子随机数。

综合本发明各个实施例可知，本发明提出一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器，将激光光源、光电探测模块以及干涉仪一体化集成，并通过偏振旋转延时结构实现往返式干涉仪，可减小光学芯片的整体尺寸，大大提高了芯片的集成度。偏振旋转延时结构使得返回的光信号偏振旋转90°，可保证干涉的稳定性，同时采用偏振分束模块可防止返回的光信号进入激光光源导致其不稳定，可提高量子随机数发生器的工作稳定性。另外，本发明方案可在多种集成平台实现，具有较高的灵活性。

Claims (10)

1.一种基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，包括衬底（1）、激光光源（2）、偏振分束模块（3）、分束模块（4）、偏振旋转延时模块（5）、第一光电探测模块（6）和第二光电探测模块（7），所述偏振分束模块（3）的第一端口、第三端口与激光光源（2）、第二光电探测模块（7）相连；所述分束模块（4）的第一端口、第四端口分别与偏振分束模块（3）的第二端口、第一光电探测模块（6）相连；所述分束模块（4）的第二端口、第三端口分别通过长度相同的波导连接偏振旋转延时模块（5）的第一端口、第二端口；所述激光光源（2）用于产生带有自发辐射相位噪声的连续光信号，所述第一光电探测模块（6）和第二光电探测模块（7）分别用于将辐射相位噪声转换为光强波动和监控相位漂移参数；所述偏振旋转延时模块（5）将入射至其第一端口的光信号偏振态旋转90°后从其第一端口出射，且将入射至其第二端口的光信号偏振态旋转90°并延时Δt后从其第二端口出射，所述偏振分束模块（3）、分束模块（4）、偏振旋转延时模块（5）采用的材料均为光波导结构的材料，并集成在同一衬底（1）上。

2.如权利要求1所述的基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，所述偏振旋转延时模块（5）包括第一偏振分束旋转器（5-1）、第二偏振分束旋转器（5-2）、第一相位调制模块（5-3）和第一光延时线（5-4），所述第一偏振分束旋转器（5-1）的第一端口、第二偏振分束旋转器（5-2）的第一端口分别作为偏振旋转延时模块（5）的第一端口、第二端口；所述第一偏振分束旋转器（5-1）的第二端口和第三端口直接相连，构成第一萨格纳克环，所述第一相位调制模块（5-3）位于第一萨格纳克环内；所述第二偏振分束旋转器（5-2）的第二端口和第三端口直接相连，构成第二萨格纳克环，所述第一光延时线（5-4）位于第二萨格纳克环内；所述第一光延时线（5-4）为弯曲波导结构，其长度大于第一相位调制模块（5-3）的长度，且长度差为ΔL＝cΔt/n，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率。

3.如权利要求1所述的基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，所述偏振旋转延时模块（5）包括第二相位调制模块（5-5）、第二光延时线（5-6）、第三偏振分束旋转器（5-7）、第四偏振分束旋转器（5-8），所述第二相位调制模块（5-5）的一个端口、第二光延时线（5-6）的一个端口分别作为偏振旋转延时模块（5）的第一端口、第二端口；所述第二相位调制模块（5-5）的另一个端口、第二光延时线（5-6）的另一个端口分别连接第三偏振分束旋转器（5-7）的第一端口、第四偏振分束旋转器（5-8）的第一端口；所述第三偏振分束旋转器（5-7）的第二端口和第三端口直接相连，构成第三萨格纳克环；所述第四偏振分束旋转器（5-8）的第二端口和第三端口直接相连，构成第四萨格纳克环；所述第三萨格纳克环和第四萨格纳克环长度相等；所述第二光延时线（5-6）为弯曲波导结构，其长度大于第二相位调制模块（5-5）的长度，且长度差为ΔL＝cΔt/(2n)，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率。

4.如权利要求1所述的基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，所述偏振旋转延时模块（5）包括第三相位调制模块（5-9）、第三光延时线（5-10）和第五偏振分束旋转器（5-11），所述第三相位调制模块（5-9）的一个端口、第三光延时线（5-10）的一个端口分别作为偏振旋转延时模块（5）的第一端口、第二端口；所述第三相位调制模块（5-9）的另一个端口、第三光延时线（5-10）的另一个端口分别连接第五偏振分束旋转器（5-11）的第一端口、第四端口；所述第五偏振分束旋转器（5-11）的第二端口和第三端口直接相连，构成第五萨格纳克环；所述第三光延时线（5-10）为弯曲波导结构，其长度大于第三相位调制模块（5-9）的长度，且长度差为ΔL＝cΔt/(2n)，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率，所述第五偏振分束旋转模块（5-11）为基于2X2非对称定向耦合器的偏振分束旋转器。

5.如权利要求1所述的基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，所述衬底（1）为硅、石英或III-V族半导体化合物材料。

6.如权利要求1或5所述的基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，所述光波导结构的材料为磷化铟、氮化硅、二氧化硅、绝缘体上硅、铌酸锂薄膜中的一种或多种组合。

7.如权利要求1或2或3或4所述的基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，所述分束模块（4）为3dB定向耦合器或多模干涉耦合器。

8.如权利要求2所述的基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，所述第一相位调制模块（5-3）为上方设置有加热电极的直波导结构，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金。

9.如权利要求3所述的基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，所述第二相位调制模块（5-5）为上方设置有加热电极的直波导结构，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金。

10.如权利要求4所述的基于集成光学芯片的量子随机数发生器，其特征在于，所述第三相位调制模块（5-9）为上方设置有加热电极的直波导结构，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金。

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