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随机数在蒙特卡洛仿真、扩频通信、光纤传感、雷达测距、电子商务等领域已有重要应用。尤其，在保密通信领域，随着计算机与网络技术的迅速发展，如何保证信息安全显得异常重要。香农信息理论证明，为保证信息的绝对安全需采用“一次一密”的保密机制。因此，如何产生高速的、完全随机的物理随机数对信息安全具有至关重要的意义。随机数通常分为伪随机数和物理随机数两大类。伪随机数一般由初始种子经过确定的算法迭代产生。这类方法往往可以产生数十Gbit/s的随机数，但是这类随机数不仅具有周期性，而且还可以预测和复制，因此难以满足信息安全的需求。而物理随机数是利用自然界中物理熵源的随机现象产生，它完全不可预测、不可再现。常用的物理熵源有电子电路热噪声、放射性衰变、电子振荡器频率噪声、混沌电路等。然而受限于这些物理熵源的有效带宽，产生的物理随机数速率很难达到Gbit/s。混沌激光具有超宽带、强度随机起伏以及对初值敏感等特性，是提取高速物理随机数的理想熵源。针对这一特殊熵源，常用的提取随机数方法是将混沌激光经光电转换为电混沌信号，在电域中利用模数转换器（ADC）对混沌信号进行采样、量化和编码。基于这种光电子技术的方法产生高速随机数，势必会收到电子器件“电子速率瓶颈”的限制，目前实时速率还未达到5Gbit/s。于是我们提出直接在光域中对混沌激光信号进行处理，来产生高速的全光物理随机数，以满足现代高速光通信的需求。高速全光物理随机数的产生，首先需要实现对混沌激光的全光采样。本文以此为目标，提出利用太赫兹光非对称解复用器（TOAD）构建全光采样门，以实现对光反馈半导体激光器产生的混沌激光的全光采样。具体工作如下：1.概述了随机数的研究意义及发展现状，指出全光物理随机数研究的重要性，简单介绍了本课题组提出的利用超宽带混沌激光熵源、全光采样器、全光比较器等构建新一代高速物理随机数发生器实现方案高速全光物理随机数发生器。2.介绍了现有全光采样技术的发展与现状，比较分析了各自的优缺点。针对混沌激光相干性差和偏振态随机起伏等特点，提出利用偏振无关的半导体光放大器（SOA）构建TOAD全光采样门，以实现对混沌激光的全光采样方案。首先实验分析了TOAD相关参数（采样脉冲功率、非对称偏移量等）对全光采样门性能的影响，以及TOAD全光采样门的开关能量及线性度，得到了采样门的最佳性能参数。并利用该采样门对500MHz正弦光信号进行了全光采样实验，验证了该全光采样门的可行性。3.利用最佳性能参数条件下的TOAD全光采样门实现了对6.4GHz混沌激光5GS/s的实时光采样；并面向全光物理随机数发生器，分析了光采样周期与混沌激光周期成比例与否对产生物理随机数的影响。