入力信号を増幅することとは別に、すべての光増幅器は出力にいくらかの余分なノイズも加える。これは、しばしば、いわゆるノイズ指数で定量化される。

位相に敏感でない増幅器においては(つまり利得が入力の位相に依存しないもの)、加えられるノイズの最小量子ノイズは量子光学から決まる。例えば、ショットノイズ制限入力(コヒーレント状態)に適用される高利得の場合、強度ノイズの出力ノイズパワーは、仮想的なノイズのない増幅器のそれの少なくとも2倍でなければならない。すなわち、最小ノイズ指数は2であり、3dBに対応する。位相雑音も増加する。

増幅器ノイズの原因

レーザー増幅器(例えば、ファイバー増幅器などの誘導放出に基づくもの)において、避けられない過剰ノイズは、増幅媒体の自然放出が増幅モードに入ることから生じる。低ノイズポンプの4準位利得媒質の場合、過剰ノイズは量子力学的に許される最小のレベルに近づき得る。 (利得媒質はエネルギーリザーバとして機能し、高周波ポンプノイズの影響を効果的に減衰させる) 準3準位利得媒質を使用すると余分な過剰ノイズが発生する。これは、与えられた利得に対して、信号再吸収を補償するためには、上準位の分布(そしてそれに伴う自然放出)が多い必要があるからである。このような状況でノイズが追加されて増加することは、自然放出係数で定量化することができ、それは励起レベルを増加させると減少する。

ラマン増幅器も、高すぎない温度では同様なふるまいをする。ファイバーの損失が小さい場合、かなり低いノイズ指数をもつ。

非縮退光パラメトリック増幅器では、余分なノイズは、アイドラーポートに入る真空度の変動、場合によってはポンプ波から生じる。縮退パラメトリック増幅器は過剰なノイズが加わる必要はない(アイドラーがない)が、その増幅は位相に敏感である。

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