從前面一小節(jié)對半導體雷射線寬的討論可以知道，即使半導體雷射操作在穩(wěn)態(tài)的狀況下，還是會有因為自發(fā)輻射所引起的相位的雜訊，除此之外，雷射操作的雜訊來源很多，例如雷射共振腔中的載子和光子產生和復合的事件是不斷地發(fā)生，而這些瞬間的變化會使得半導體雷射的載子、光子與相位彼此互相影響并產生雜訊。因此：我們可以使用Langevin雜訊源于載子與光子的速率方程式中，這些Langevin雜訊可以視為在時域上亂數(shù)隨機產生的擾動，為AC型態(tài)的函數(shù)，相對的，在頻域中Langevin雜訊源為極寬頻的白雜訊（white noise），也就是其強度平均分布到所有頻率上。若雷射處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，這些由載子的Langevin雜訊Fn（t）與光子的Langevin雜訊Fp（t）將會驅動小信號的變化，因此我們可以改寫（4-48）式與（4-49）式的小信號模型并去除外部輸入電流的調制項：

若使用（4-50）式到（4-53）式的定義，可以將上兩式寫成矩陣形式：

轉換到頻域中，可以得到：

由此可以解得nm與npm：

其中wr為前面所定義的弛豫頻率，H（w）同（4-23）式。由于載子變化與光子變化的頻譜密度（spectral density）可以表示成：

上兩式中的＜>括號表示對時間平均，因此將（4-145）式與（4-146）式分別代入（4-147）式與（4-148）式，我們可以得到共振腔中載子濃度與光子密度變化的小信號頻譜密度：

這些頻譜密度的單位皆為（變化量單位）2/（頻率Hz）。由于雞訊的頻譜密度＜FiFj＞在頻域中平均分布，假設光子總數(shù)大于1，這些載子與光子之間的雜訊關聯(lián)強度可以估計為

其中Va為主動層的體積、Vp為光學共振腔的體積，這些雜訊基本上都是來自載子與光子中因隨機產生或復合所造成的散粒雜訊（shot noise）。觀察（4-149）式與（4-150）式可知?載子濃度與光子密度的雜訊頻譜密度和【a+bw2】｜H（w）｜2有關，其中a和b不含頻率項，其頻譜密度會有一峰值位于弛豫頻率處，如圖4-17所示，我們在前面已經推導出弛豫頻率的大小和輸出功率有關，因此可以看到峰值的頻率位置會隨著輸出功率成根號比例變化。

盡管我們已經推導出雷射共振腔中光子密度的雜訊頻譜密度，對于雷射光輸出功率的雜訊頻譜密度并不是光子密度乘上VpUgamhv即可，因為共振腔中光子在通過有限反射率的鏡面時會受到隨機的過程，使得光輸出功率的小信號變化率P（t）也要加上Langevin雜訊的AC變化源，假設光子總數(shù)大于1，由此可以推導出輸出功率的雜訊頻譜密度如下：

其中

而△v為前一小節(jié)介紹的Schawlow-Townes線寬。

一般而言要偵測光功率的強度與變化，必須要將光子轉換成電子，再偵測電信號的大小與 變化：

其中△f為量測設備的頻寬，因此我們可以定義相對強度雜訊 （relative intensity noise，RIN）為：

通常RIN會以dB/Hz來表示。因此將（4-154）式代入（4-158）式可得：

其中a和b常數(shù)如（4-155）式與（4-156）式之定義。

圖4-18為半導體雷射在不同輸出功率下的RIN頻譜圖，我們首先看到RIN頻譜中的峰值位置為弛豫頻率，同樣的峰值的頻率位置會隨著輸出功率成根號比例變化。當w=wr時，（4-159）式可以近似成：

由于阻尼系數(shù)Ω大約和輸出功率P0成正比，因此當輸出功率增加時，RIN會以1/P03的此例減少。

RIN會在弛豫頻率達到最大值，在超過弛豫頻率的高頻部分，雜訊會逐漸達到散粒雜訊的量子極限。另一方面，在未達到弛豫頻率的低頻部分，當輸出功率很低時，雜訊會被雷射其他雜訊所主導；然而當雷射功率變大時，雷射雜訊又會逐漸達到散粒雜訊的量子極限。