2014 Fiscal Year Research-status Report
面発光型半導体レーザの周波数雑音特性を用いた物理乱数の超高速生成に関する研究
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25390093
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
佐藤 孝 新潟大学, 自然科学系, 教授 (10143752)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大平 泰生 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (10361891)
大河 正志 新潟大学, 自然科学系, 教授 (90213644)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 半導体レーザ / ＶＣＳＥＬ / 周波数雑音 / 物理乱数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，面発光型半導体レーザ(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)の広帯域の周波数雑音特性をFabry-Perot型半導体レーザの雑音特性と比較しながら，半導体レーザ固有の特性である大きな周波数雑音特性を用いた物理乱数生成とその応用について研究を進めた。
その結果，VCSELを用いた場合の乱数生成は，Fabry-Perot型半導体レーザを用いた場合よりもより高速に乱数生成が可能であることを実験的に確認することができた。また，この乱数生成が半導体レーザの周波数雑音に起因することを，外部共振器型半導体レーザを構築した発振周波数狭窄時の実験結果と比較することで確認し，改めて半導体レーザの周波数雑音と乱数生成の高速化との関係について検討を加えた。これらの結果を用いて，更なる高速物理乱数生成への実験系の構築を開始した。
また，この乱数生成のシステムを応用した新しい距離計測法についても実験的に研究を進め，参照用の光路の調整により，大幅に距離測定精度を向上させることに成功し，更なる制度向上への検討を加えているところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請者らはこれまでから，半導体レーザの発振周波数安定化の研究，半導体レーザの周波数雑音を用いた光強度雑音の生成に基づく物理乱数の生成の研究を行ってきた。本研究では，その対象をVCSELとし，Fabry-Perot型半導体レーザとその周波数雑音特性を比較しながら，半導体レーザの周波数雑音を用いた物理乱数生成を行ってきた。今回，様々な条件下での乱数生成の実験結果から，提案している物理乱数生成法は半導体レーザの周波数雑音特性に依存しており，VCSELが持つ広帯域の周波数雑音が物理乱数生成に有効であることを実験的に確認している。また，応用面として，通信などで必要な物理乱数生成の高速化とともに，距離計測にも適応可能であることを示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で，半導体レーザの周波数雑音特性が高速の光強度雑音に変換され，それが物理乱数生成につながると共に，距離計測や通信における暗号化にも応用可能であることを示してきている。しかしながら，まだその高速生成の限界や，距離計測の精度向上の限界，距離計測並びに暗号生成以外の応用の可能性に関する検討がなされていないので，実験の再現性の確認と物理乱数生成速度の限界の確認を行い，応用範囲の拡大を目指す。
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| Causes of Carryover |
3年間の研究課題であり、3年目にまとめて使用するのが効率的であると判断したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
物品費として研究を進めるにあたって必要な実験用消耗品を購入する。
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