CN209297285U - 一种光学量子随机数生成器的布置结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学量子随机数生成器的布置结构，其包括光源、多像素光子传感器、PCB板以及屏蔽罩。多像素光子传感器用于接收光源发出的光线，并生成相应的感应信号。感应信号经生成器运算处理后以生成随机数。光源、多像素光子传感器均安装PCB板的同一面上，屏蔽罩与PCB板围成容纳光源、多像素光子传感器的屏蔽腔。屏蔽罩的内壁具有反射光线的反射面，屏蔽腔为封闭的腔体。光源发射的光线经反射面反射以进入多像素光子传感器中。本实用新型可以降低物料成本，结构简单，易于实现。PCB板无需安装在外壳中，可方便研发生产中的调试，布置起来简单，而且还可以将布置结构嵌入其他产品中，扩大光学量子随机数生成器的布置结构的使用场景。

Description

一种光学量子随机数生成器的布置结构

技术领域

本实用新型涉及量子通讯技术领域的一种布置结构，尤其涉及一种光学量子随机数生成器的布置结构。

背景技术

根据量子力学的基本原理，量子随机数发生器可以产生真随机数。在过去的十几年间，有很多的量子随机数发生器方案被提出，比如利用单光子探测，量子非局域性和真空态的统计涨落都已经实验成功。

其中，光学量子随机数生成器是一种基于光学的量子随机数生成装置，其原理为LED或其他发光器件发出的光，照射到多像素光子传感器上，再根据传感器的感应信号，经过一系列的运算处理，最终生成随机数。但是，现有的光学量子随机数生成器需要两块PCB板放置在一个不透光的外壳中，一块PCB板上贴片LED，另一块PCB板上贴片光子传感器，用材较多且布置繁杂。

实用新型内容

针对现有的技术问题，本实用新型提供一种光学量子随机数生成器的布置结构，以解决现有的光学量子随机数生成器用材较多且布置繁杂的问题。

本实用新型采用以下技术方案实现：一种光学量子随机数生成器的布置结构，其包括：

至少一个光源；

多像素光子传感器，其用于接收光源发出的光线，并生成相应的感应信号；所述感应信号经所述生成器运算处理后以生成随机数；

PCB板，光源、多像素光子传感器均安装PCB板的同一面上；以及

屏蔽罩，其安装在PCB板上，且与PCB板围成容纳光源、多像素光子传感器的屏蔽腔；屏蔽罩的内壁具有反射光线的反射面，所述屏蔽腔为封闭的腔体；

其中，光源发射的光线经所述反射面反射以进入多像素光子传感器中。

作为上述方案的进一步改进，光源的数量为多个，且多个光源环绕多像素光子传感器设置，且每个光源与多像素光子传感器的距离均相同。

进一步地，光源为LED。

作为上述方案的进一步改进，光源为环形光源，且所述环形光源的圆心与多像素光子传感器的中心重合。

作为上述方案的进一步改进，光源、多像素光子传感器以及屏蔽罩均通过SMT贴片机装配在PCB板上。

作为上述方案的进一步改进，屏蔽罩可拆卸式安装在PCB板上。

作为上述方案的进一步改进，所述光学量子随机数生成器的布置结构还包括：

模数转化器，其安装在PCB板上，并接收所述感应信号；模数转化器用于将所述感应信号转换为比特流数据；

随机性提取器，其用于接收所述比特流数据；随机性提取器用于随机提取其接收的数据，并获取随机数。

进一步地，所述光学量子随机数生成器的布置结构还包括：

至少一个均光材料模块，其遮挡在光源与多像素光子传感器之间，并用于均匀化光源发射至多像素光子传感器的光场。

再进一步地，均光材料模块为具有折射、反射和散射光线特性的透镜。

再进一步地，均光材料模块为采用PET材料制成的至少一层均光扩散膜；所述均光扩散膜的透光率不低于73％，雾度高于95.50％。

本实用新型的光学量子随机数生成器的布置结构，通过将光源、多像素光子传感器设置在屏蔽腔内，光源发出的光线经过屏蔽罩内壁的反射面反射后进入多像素光子传感器中，实现感应信号的生成。相对于现有的生成器，本实用新型仅使用一块PCB板，可以降低物料成本，而且不需要对布置结构所安装在的结构进行密封不透光处理，进一步降低成本，并且结构简单，易于实现。在本实用新型中，PCB板无需安装在外壳中即可使用，可方便研发生产中的调试，布置起来简单，而且还可以将本实用新型的布置结构嵌入其他产品中，扩大光学量子随机数生成器的布置结构的使用场景，并进一步提高光学量子随机数生成器的利用率。

当本实用新型的光源的数量为多个时，多个光源环绕多像素光子传感器设置，多个光源发出的光线均通过反射面进入多像素光子传感器中，使得多像素光子传感器接收的光线更加均匀，进而使得多像素光子传感器表面的光强更加均匀，可避免后期的数据校准和关联，提高能源的利用率。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的光学量子随机数生成器的布置结构的原理框图；

图2为图1中的光学量子随机数生成器的布置结构的光源发光至检测器阵列的光照图；

图3为图1中的光学量子随机数生成器的布置结构的结构示意图；

图4为图1中的光学量子随机数生成器的布置结构在未设置屏蔽罩时的俯视图；

图5为图1中的光学量子随机数生成器的布置结构的检测器阵列的内部框图

图6为本实用新型实施例2的光学量子随机数生成器的布置结构在未设置屏蔽罩时的俯视图；

图7为本实用新型实施例4的改进的基于光学的量子随机数产生的装置的原理框图；

图8为图7中的改进的基于光学的量子随机数产生的装置的光源发光至检测器阵列的光照图。

符号说明：

1 光源 3 随机性提取器

2 检测器阵列 4 均光材料模块

2a 有损信道 6 多像素光子传感器

2b 光电传感器 7 PCB板

2c 模数转化器 8 屏蔽罩

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

请参阅图1-5，本实施例提供了一种光学量子随机数生成器的布置结构，其包括光源1、检测器阵列2、PCB板7、屏蔽罩8以及随机性提取器3。其中，检测器阵列2具有有损信道2a、多像素光子传感器6以及模数转化器2c，多像素光子传感器6即为光电传感器2b。

光源1的数量可以为一个，也可以为多个。当然，在本实施例中，光源1的数量为多个，且多个光源1环绕多像素光子传感器6设置，且每个光源1与多像素光子传感器6的距离均相同，使得多像素光子传感器6接收到每个光源1所发出的光线的强度均相同，从而使多像素光子传感器6表面的光强更加均匀，可避免后期的数据校准和关联，提高能源的利用率。优选地，光源1为LED。其中，光源1产生的光场可以为光强恒定的相干光场，并且光场分布满足泊松分布。即，光源1每单位时间间隔T发射光子的数量服从标准偏差为√n的泊松分布，其中n是在时间间隔T中发射的光子的平均数。

PCB板7的数量仅为一块，并且光源1、多像素光子传感器6均安装PCB板7的同一面上。PCB板7可呈方形或者圆形等，且PCB板7可以采用现有的PCB板。相对于现有的生成器，本实施例仅使用一块PCB板，可以降低物料成本。

请继续参阅图2以及图3，屏蔽罩8安装在PCB板7上，且与PCB板7围成容纳光源1、多像素光子传感器6的屏蔽腔。屏蔽罩8的内壁具有反射光线的反射面，所述屏蔽腔为封闭的腔体。屏蔽罩8的内壁可以采用具有反射和散射特性的材质制成，使得反射至光子传感器6的光线能够更加均匀。屏蔽罩8也可以通过可拆卸式的安装方式安装在PCB板7上，还可以通过焊接、胶粘等方式固定在PCB板7上，以便于安装和拆卸屏蔽罩8。

其中，光源1发射的光线经所述反射面反射以进入多像素光子传感器6中，光子传感器6产生相应的感应信号，进一步实现随机数的生成。而且，光源1、多像素光子传感器6以及屏蔽罩8可均通过SMT贴片机装配在PCB板7上。

在本实施例中，有损信道2a具有传输概率损耗，多像素光子传感器6可以设有具有一定量子效率。像素光子传感器6用于接收光源1发出的光线，并生成相应的感应信号。所述感应信号经所述生成器运算处理后以生成随机数。多像素光子传感器6可为具有像素阵列的图像传感器，且所述图像传感器可为CCD传感器或者CMOS传感器，也可以为足够的光敏度的现成器件。模数转化器2c安装在PCB板7上，并接收所述感应信号。模数转化器2c用于将所述感应信号转换为比特流数据。

随机性提取器3用于随机提取其接收的数据，并获取随机数。由于本实施例使用了均光材料均化了光源1发射至检测器阵列2的光场，使得检测器阵列2的每个像素的读数更加接近，因此随机性提取器3的数量可以选择为一个，如此可以简化整个装置，同时，随机性提取器3也不需要进行校准和关联，进一步简化了随机性提取器3的结构。

综上所述，相较于现有的随机数生成器的布置结构，本实施例的光学量子随机数生成器的布置结构具有以下优点：

本实施例的光学量子随机数生成器的布置结构，通过将光源1、多像素光子传感器6设置在屏蔽腔内，光源1发出的光线经过屏蔽罩8内壁的反射面反射后进入多像素光子传感器6中，实现感应信号的生成。相对于现有的生成器，本实施例仅使用一块PCB板7，可以降低物料成本，而且不需要对布置结构所安装在的结构进行密封不透光处理，进一步降低成本，并且结构简单，易于实现。在本实施例中，PCB板7无需安装在外壳中即可使用，可方便研发生产中的调试，布置起来简单，而且还可以将本实用新型的布置结构嵌入其他产品中，扩大光学量子随机数生成器的布置结构的使用场景，并进一步提高光学量子随机数生成器的利用率。

实施例2

请参阅图6，本实施例提供了一种光学量子随机数生成器的布置结构，其与实施例1的相似，区别在于本实施例的光源1为环形光源，且所述环形光源的圆心与多像素光子传感器6的中心重合。环形光源发出的光线通过反射面反射后，进入多像素光子传感器6中，使得多像素光子传感器6各区域接收的光子的数量和强度均相同，从而避免后期的数据校准和关联，提高能源的利用率，也便于调整调整光源1的发光亮度，提高随机数生成的稳定性。

实施例3

请参阅图7以及图8，本实施例提供了一种改进的基于光学的量子随机数产生的装置，其与实施例1的光学量子随机数生成器的布置结构相似，区别在于本实施例的光源1和检测器阵列2的布置方式不同，而且，随机性提取器3为简化的随机性提取器，其数量可以仅为一个。本实施例的光源1直接将光线发射至检测器阵列2，而均光材料模块4位于光源1和检测器阵列2之间。

请继续参阅图8，均光材料模块4的数量可以为一个或者多个，且均光材料模块4遮挡在光源1与检测器阵列2之间，并用于均匀化光源1发射至检测器阵列2的光场。均光材料模块4可以采用具有折射、反射和散射光线特性的透镜，也可以采用PET材料制成的均光扩散膜。均光扩散膜的数量为一层，也可以为多层，其中，均光扩散膜的透光率不低于73％，雾度高于95.50％。均光扩散膜的雾度越高，其穿透后的光线的均匀性就越好，可以提升均光材料模块4的均光性能。在实际产品设计中，在光源1和检测器阵列2之间，可以设置多层多区域的均光扩散膜来达到更好的均光效果，比如，在光源1靠近检测器阵列2的一侧以及检测器阵列2靠近光源1的一侧所在不同结构位置上放置均光扩散膜。通过均光扩散膜的放置，使得到达检测器阵列2的表面的光强均匀化并且一致。

综上所述，本实施例的改进的基于光学的量子随机数产生的装置具有以下优点：

本实施例的改进的基于光学的量子随机数产生的装置，通过在光源1和检测器阵列2之间插入一个或者多个均光材料模块4，以均匀化光源1发射至检测器阵列的光场，从而使检测器阵列2表面的光强均匀化，进而使检测器阵列2各区域接收的光子数更加均匀，可避免在随机性提取器3上进行校准和关联的设计，且本实施例可采用单个随机性提取器3，极大地简化了装置，提高了能源的利用率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学量子随机数生成器的布置结构，其包括：

至少一个光源(1)；

多像素光子传感器(6)，其用于接收光源(1)发出的光线，并生成相应的感应信号；所述感应信号经所述生成器运算处理后以生成随机数；

其特征在于，所述光学量子随机数生成器的布置结构还包括：

PCB板(7)，光源(1)、多像素光子传感器(6)均安装PCB板(7)的同一面上；以及

屏蔽罩(8)，其安装在PCB板(7)上，且与PCB板(7)围成容纳光源(1)、多像素光子传感器(6)的屏蔽腔；屏蔽罩(8)的内壁具有反射光线的反射面，所述屏蔽腔为封闭的腔体；

其中，光源(1)发射的光线经所述反射面反射以进入多像素光子传感器(6)中。

2.如权利要求1所述的光学量子随机数生成器的布置结构，其特征在于，光源(1)的数量为多个，且多个光源(1)环绕多像素光子传感器(6)设置，且每个光源(1)与多像素光子传感器(6)的距离均相同。

3.如权利要求2所述的光学量子随机数生成器的布置结构，其特征在于，光源(1)为LED。

4.如权利要求1所述的光学量子随机数生成器的布置结构，其特征在于，光源(1)为环形光源，且所述环形光源的圆心与多像素光子传感器(6)的中心重合。

5.如权利要求1所述的光学量子随机数生成器的布置结构，其特征在于，光源(1)、多像素光子传感器(6)以及屏蔽罩(8)均通过SMT贴片机装配在PCB板(7)上。

6.如权利要求1所述的光学量子随机数生成器的布置结构，其特征在于，屏蔽罩(8)可拆卸式安装在PCB板(7)上。

7.如权利要求1所述的光学量子随机数生成器的布置结构，其特征在于，所述光学量子随机数生成器的布置结构还包括：

模数转化器(2c)，其安装在PCB板(7)上，并接收所述感应信号；模数转化器(2c)用于将所述感应信号转换为比特流数据；

随机性提取器(3)，其用于接收所述比特流数据；随机性提取器(3)用于随机提取其接收的数据，并获取随机数。

8.如权利要求1或7所述的光学量子随机数生成器的布置结构，其特征在于，所述光学量子随机数生成器的布置结构还包括：

至少一个均光材料模块(4)，其遮挡在光源(1)与多像素光子传感器(6)之间，并用于均匀化光源(1)发射至多像素光子传感器(6)的光场。

9.如权利要求8所述的光学量子随机数生成器的布置结构，其特征在于，均光材料模块(4)为具有折射、反射和散射光线特性的透镜。

10.如权利要求8所述的光学量子随机数生成器的布置结构，其特征在于，均光材料模块(4)为采用PET材料制成的至少一层均光扩散膜；所述均光扩散膜的透光率不低于73％，雾度高于95.50％。