随机数已广泛应用于保密通信、蒙特卡罗模拟、数值仿真等多个领域。在雷达测试、遥控遥测、数字通信、码分多址系统以及密码学等重要科学技术领域随机数也起到了重要的作用。它可作为测距信号应用于雷达中,作为测控信号应用于遥控遥测中,作为同步和加密解密信号应用于数字通信中,作为扩频或地址码应用于码分多址中以及作为密钥应用于密码学中。此外在网络中,许多数字签名或密码协议也都要求使用随机数。随着近年来的发展,随机数发生器被应用到越来越广泛的领域中,对随机数的码率和随机性的要求也越来越高,而目前随机数产品的码率很低,严重阻碍了随机数的应用。可见,高速率、高质量随机数的研究对于国家科技发展和信息安全战略具有至关重要的意义。而半导体激光在光反馈或者光注入的情况下能够产生带宽为几个GHz到几十个GHz的幅值随机的混沌激光信号,并且其具备幅值大,频谱类噪声等特性,可以作为快速随机数发生器的熵源。因此基于混沌激光产生高速的物理随机数已经成为一个研究热点。众所周知,激光器在光反馈的情况下产生的混沌激光输出对初始条件极其敏感,任何初始条件,比如注入电流,反馈强度,外腔长度等初值稍有变化,混沌的输出就会发生巨大的变化,产生幅值的波动,这对随机数发生器来说是非常不利的,会影响生成的随机序列的随机性。另外,光反馈、光电反馈以及光注入产生的混沌信号都带有一定的周期性,使得产生的随机序列也带有相应的周期性。因此,在基于混沌激光产生随机数的系统中,稳定性已经成为随机数产品化的一个阻碍；而如何消除混沌激光的周期性已成为一个科学的命题。本文是以带有外腔反馈的半导体激光器产生的混沌激光作为物理熵源,以模拟和实验相结合的方法,研究了随机数发生器的状态特性,对于混沌激光器对初值敏感这一条件提出相应的解决方案,基于模拟信号差分方法,提出了鲁棒的随机数发生器的方案；基于数字信号的处理,提出了循环异或处理方法,消除了由于混沌半导体激光器的外腔引入到随机序列中的周期性。具体工作如下：1.在课题组现有成果的基础上,分析了半导体激光器的在不同外界条件下的动态特性变化趋势,比如信号的频谱随注入电流的变化,信号的频谱随反馈强度的变化,确定了用来产生随机数的混沌激光的最佳条件,结果表明：在状态允许的条件下,注入电流和反馈强度越大所产生的混沌信号频谱越平坦,相应产生的随机数的更加容易通过随机数统计测试标准。2.确定了混沌激光时序时间相关性,在相关时间之外,利用模拟信号差分的方法,消除了混沌时序的波动对随机序列的影响,也就是说此方法可以抵抗各种外界条件对混沌时序的干扰,进而提高了随机数发生器的鲁棒性。3.光反馈半导体激光输出的混沌信号,带有一定的周期性,本文采用数字信号处理方法,巧妙的利用了数字异或环,使得随机序列进行多次异或处理,消除了由于混沌激光器的外腔引入到随机序列中的周期性,并且提高了随机数发生器的数字化阈值偏差允许范围。文中详细的分析了随着异或次数的增加,随机序列中周期性逐渐消除。以及输入随机序列1和0的比率允许范围的扩大。