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Fast physical random number generation making use of frequency noise characteristics of a vertical cavity surface emitting lasers

Research Project

Project/Area Number 25390093
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Optical engineering, Photon science
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

Sato Takashi  新潟大学, 自然科学系, 教授 (10143752)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) OHDAIRA Yasuo  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (10361891)
OHKAWA Masashi  新潟大学, 自然科学系, 教授 (90213644)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords半導体レーザ / 面発光型半導体レーザ / 周波数雑音 / 物理乱数 / VCSEL / VCSEL / 磁界
Outline of Final Research Achievements

We generated the physical random number by converting a fluctuation of the semiconductor laser’s frequency into a change of the optical intensity and digitizing it. We compared the generation speeds of random numbers using the Fabry-Perot type laser diode and VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) and examined the influence of their internal structure. As a result, we generated random number bit strings at 120Gbit/s in VCSEL and at 77Gbit/s in FPLD. The VCSEL’s broad line-width enables us to generate random numbers with the greatest efficiency.
However, fluctuations in both atmospheric temperature and the injection current to the semiconductor laser affect the laser’s oscillation frequency. Therefore, we improved the stability of generated fast physical random numbers using a semiconductor laser with a stabilized oscillation frequency. We proposed the new Optical Range Finder system used semiconductor laser’s frequency noise and obtained the resolution of 0.5mm.

Report

(4 results)
  • 2015 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2014 Research-status Report
  • 2013 Research-status Report
  • Research Products

    (38 results)

All 2016 2015 2014 2013 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (37 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Beat Signal Generation between Two Rubidium Absorption-Line-Stabilized Diode Lasers in GHz-Frequency Band2016

    • Author(s)
      Tomoyuki Uehara, Shinya Maehara, Kohei Doi, Toshiya Nimonji, Takahiro Saito, Hideaki Arai, Takashi Sato, Yasuo Ohdaira, Shuichi Sakamoto, Masashi Ohkawa
    • Journal Title

      International Journal of Modern Physics and Applications

      Volume: 2 Pages: 1-6

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    • Organizer
      日本物理学会第44回新潟支部大会
    • Place of Presentation
      新潟大学、新潟市
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      日本物理学会第44回新潟支部大会
    • Place of Presentation
      新潟大学、新潟市
    • Year and Date
      2015-12-05
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      Mizuha Jimbo, Hideaki Arai, Takashi Sato, Shuichi Sakamoto, Yasuo Ohdaira, Masashi Ohkawa
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      ACEE2015
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      Dalian, China
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      2015-11-05
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      IEEE Shin-etsu Section
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      長岡技術科学大学、長岡市
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      IEEE Shin-etsu Section
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      長岡技術科学大学、長岡市
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      2015-10-31
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      平成27年度電子情報通信学会信越支部大会
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      新潟工科大学、柏崎市
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      唐橋文人, 塚本翔也, 斉藤巧, 新井秀明, 土井康平, 佐藤孝, 坂本秀一, 大河正志, 大平泰生
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      平成27年度電子情報通信学会信越支部大会
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      新潟工科大学、柏崎市
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      平成27年度電子情報通信学会信越支部大会
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      新潟工科大学、柏崎市
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      2015-10-03
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      Takahiro Saito, Katsuki Kondo, Yuuya Tokutake, Shinya Maehara, Kohei Doi, Hideaki Arai, Takashi Sato, Masashi Ohkawa, Yasuo Ohdaira, Shuichi Sakamoto
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      SPIE Proceedings 9576, Applied Advanced Optical Metrology Solutions
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2015-08-09
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      S. Sakai, H. Arai, T. Saito, T. Sato, M. Ohkawa, Y. Ohdaira, and S. Sakamoto
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      2014-10-11
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      O. Iijima, K. Doi, T. Sato, and M. Ohkawa
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      ACEE2014
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      熊本大学
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      2014-10-11
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  • [Presentation] Examination of an Optical Range Finder using Semiconductor Laser Frequency Noises2014

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      K. Kondo, T. Saito, Y. Tokutake, S. Maehara, K. Doi(a, H. Arai, T. Sato, M. Ohkawa, and Y. Ohdaira
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      ACEE2014
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      2014-10-11
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  • [Presentation] Physical-random Number Generation Using a Semiconductor Laser Diode's Frequency Noise Characteristics -Influence of Lights Source Characteristics-2014

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      N. Mizutani, M. Hasegawa, K. Doi, S. Maehara, H. Arai, M. Ohkawa, T. Sato, Y. Ohdaira, S. Sakamoto
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      ACEE2014
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      2014-10-10
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  • [Presentation] 半導体レーザの周波数雑音を用いた物理乱数生成の安定性に関する検討2014

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      神保瑞翔, 新井秀明, 星野恭兵, 佐藤孝, 大平泰生, 大河正志
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      電子情報通信学会平成26年度信越支部大会
    • Place of Presentation
      信州大学長野キャンパス
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      2014-10-04
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      徳嵩裕也, 近藤勝軌, 齋藤高大, 石川耕太, 新井秀明, 佐藤孝, 大河正志, 大平泰生
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      電子情報通信学会平成26年度信越支部大会
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      信州大学長野キャンパス
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      長谷川真俊, 水谷直博, 篭島尚子,前原進也,土井康平,佐藤孝, 大平泰生,坂本秀一,大河正志
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      電子情報通信学会平成26年度信越支部大会
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      信州大学長野キャンパス
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      2014-10-04
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      塚本翔也, 唐橋文人, 若林瞭, 佐藤孝, 大河正志, 大平泰生
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      電子情報通信学会平成26年度信越支部大会
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      信州大学長野キャンパス
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      2014-10-04
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  • [Presentation] 半導体レーザの周波数雑音を用いた物理乱数の生成 ~ 光源の特性による影響 ~2014

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      水谷直博,長谷川真俊,新井秀明,前原進也,土井康平,佐藤 孝,大平泰生,大河正志,坂本秀一
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      電子情報通信学会、レーザ・量子エレクトロニクス研究会
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      2014-08-21
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      電子情報通信学会、レーザ・量子エレクトロニクス研究会
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      小樽経済センター
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      2014-08-21
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      電子情報通信学会、レーザ・量子エレクトロニクス研究会
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    • Year and Date
      2014-08-21
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      同志社大学京田辺キャンパス, 京田辺市
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      長岡科学技術大学, 長岡市
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      長岡科学技術大学, 長岡市
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      平成25年度電子情報通信学会信越支部大会
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      長岡科学技術大学, 長岡市
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      近藤尭信、前原進也、土井康平、新井秀明、水谷直博、佐藤 孝、坂本秀一、大平泰生、大河正志
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      電子情報通信学会 レーザ・量子エレクトロニクス研究会
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      古川元一、斎藤高大、酒井翔太、新井秀明、前原進也、佐藤 孝、土井康平、大河正志、坂本秀一、大平泰生
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      サンリフレ函館,函館市
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Published: 2014-07-25   Modified: 2019-07-29  

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