随着通信行业的不断发展,我们经历了2G、3G,一直到现在这个高速互联的4G时代,人们的日常生活和娱乐越来越依赖于便捷的互联网。预计2020年,5G技术将成功商业化,那将是一个万物互联,高速视频流的高速互联网时代。相应的,网络通信的安全性有了更高的要求,尤其是量子计算机的研究在传统密码学上的阶跃式理论突破,使得我们需要向着更加保密的通信方式探索。信息论之父香农提出了‘一密一钥’这种绝对保密的加密方式,而高速实时真随机数则是能够实现高速数据加密的理想方案,所以本论文主要针对如何实现高速实时的真随机数发生器做了相关研究。本论文选取了全光混沌结构来产生随机数的熵源,但是该结构本身的外腔反馈结构决定了其产生的混沌信号具有内在相关性,这是不利于产生真随机数的,因此需要通过一定的光电域信号处理来优化混沌信号的统计特性。为了实现高速实时随机数发生器,现有的方案有通过拓展混沌信号带宽的光域结构加上复杂的电域信号处理,利用简单的混沌源结合复杂的电域信号处理等。这些方案都严重受限于电域器件的带宽,所以本课题提出将激光器的弛豫振荡频率设置在10GHz左右,然后利用色散补偿器件TDC产生的色散曲线来平坦全光信号的频谱,从而产生高有效、高平坦带宽的全光混沌信号,并且均衡的减小全光混沌信号的高斯分布偏差和相关性,最终在光域上实现高带宽、高质量的随机数熵源。然后,我们通过简单的电域01量化和延时异或处理实现了40Gbps的高速真随机数发生器。由于我们使用的电域信号处理方式简单,易于实现,所以本论文提出的方案可以用于实现高速实时的真随机数发生器。本论文同样对所提出的方案做了数值仿真,建立了全光混沌模型和TDC模型,并且与实验结果进行了对比。由于TDC参数可变范围较多,为了能够完整分析TDC对全光混沌信号的影响,我们需要采集、存储、分析大量的数据,考虑到系统稳定性和时间开销等问题,我们设计了一个全自动的界面控制程序来完成以上需求。此外,本论文通过对实验数据的分析,发现本论文提出的结构具有稳定、可重建的特点,因此非常适合产品化。