為要了解半導體雷射的大信號響應，我們先針對單模雷射的速率方程式求解，我們將使用線性增益近似以及考慮到增益抑制因子，而將載子濃度與光子密度對時間的變化方程式如下所列：

接下來要設定雷射的起始條件，也就是載子濃度與光子密度的值，并設定所計算的時間長度，從起始條件開始，每增加一小段的時間△t，再計算一次載子濃度與光子密度的值，直到我們設定的時間長度為止，其中迭代演算的數值方法可以用簡單的Euler法或是Runge Kutta法等都可以用來數值計算（4-90）式與（4-91）式的耦合常微分方程式。關于Euler法或是Runge Kutta法的推導，我們不在這里介紹，有興趣的讀者可以參閱一般的數值方法教科書，或是直接使用套裝的數學軟體，如Matlab已經發展出簡單使用的指令，可以快速套用。

圖4-13為使用Runge Kutta法所解的載子濃度與光子密度的大信號響應，其中輸入電流從t=0開始以步階的方式從0增加到閾值電流以上，我們可以看到載子濃度即隨之增加，但是此時因為還未達到閾值載子濃度，因此光子密度為0，直到載子濃度到達閾值載子濃度后，光子密度開始有急速的上升，這段時間差就是前面一小節所介紹的導通延遲時間；在達到閾值條件之后光子密度與載子濃度開始出現弛豫振蕩的現象，但是因為系統中具有阻尼的關系，弛豫振蕩的現象會逐漸衰減，最后光子密度與載子濃度將會達到穩態值。要注意的是圖4-13的時間軸都是nsec，這些動態現象都是在很短的時間內發生的。

若半導體雷射不是單模操作，則（4-90）式與（4-91）式就要改寫成：

其中m為可容許的雷射模態數，而ym可以近似成Lorentzian的增盆譜線，其中增盆頻譜的最大值對應到其中一個雷射模態，2M為此增益頻譜中可容許的雷射模態總數，因此y可以表示為：

其中△m是表示距中央最大增益的模態數。

半導體雷射應用在數位光纖通訊系統中，通常要產生大信號的快速數位脈沖，前面所提到的導通延遲時間以及弛豫振蕩都會使得雷射光輸出的數位脈沖變形，而使得位元錯誤率（bit-error-rate）增加，我們通常會使用眼圖（eye diagram）來評估半導體雷射在高速調制下的表現，由偽隨機二進位序列產生器（pseudo-random binary sequence（PRBS）generator）產生出高速信號驅動雷射二極體，然后在示波器中疊加這些信號，如圖4-14所示，我們可以看到雷射光的信號在時間中抖動（jitter）的動態行為，因此影響信號圖形的行為都可以在眼圖中被觀察到，一般我們會定義在特定調制速度下，眼圖中央干凈的部分開口的大小，以判定其信號是否合乎此調制速度下的傳輸規范。