固态激光雷达的「线性模式」与「盖革模式」
「线性模式」与「盖革模式」
实际上，传统的 CCD 或 CMOS 图像传感器也是这样的原理，只不过它们是接收自然光，除此之外唯一的差异在于接收端，CCD 或 CMOS 图像传感器使用的是 PN 型二极管，旋转扫描型激光雷达是使用 PIN 型，而固态激光雷达一般是使用雪崩二极管 APD。
PN 型二极管更容易做到低成本和高像素，但是增益较低，动态范围窄。APD 是一种半导体光检测器, 其原理类似于光电倍增管，在加上一个较高的反向偏置电压后 (在硅材料中一般为 100 到 200 V)，利用电离碰撞 (雪崩击穿) 效应, 可在 APD 内部获得电流增益。
APD 的工作模式分为线性模式和盖革模式两种。当 APD 的偏置电压低于其雪崩电压时, 对入射光电子起到线性放大作用, 这种工作状态称为「线性模式」。
在线性模式下，反向电压越高，增益就越大。APD 对输入的光电子进行等增益放大后形成连续电流，获得带有时间信息的激光连续回波信号。
当偏置电压高于其雪崩电压时，APD 增益迅速增加，此时单个光子吸收即可使探测器输出电流达到饱和，这种工作状态称为「盖革模式」。
在盖革模式下，单个光子即可使 APD 的工作状态实现开、关之间的转换, 形成一个陡峭的回波脉冲信号, 因而具备单光子成像的能力。
总的来说，盖革模式 APD 具有单光子探测能力, 但是其需要淬火电路，且虚警率较高，而线性模式 APD 虽然能够获得目标的灰度信息, 但是也有相对盖革模式增益较低的缺点。盖革模式下一般称之为「单光子激光雷达」。
单光子激光雷达是一种能够彻底颠覆空战格局的雷达，由于其灵敏度极高，探测距离理论上可以非常远，三千公里都不成问题，这点在军事上非常有价值，F－22、B－2 等飞机高超的隐身性能，几乎使现役雷达和光电探测系统变成「瞎子」。
但单光子探测系统极高的探测灵敏度，即使对 F－22、B－2 这样的隐身飞机，作用距离也可达到几百到几千公里，可在极远距离上发现隐身飞机，使其「无处遁形」。利用空中平台或临近空间平台配装单光子探测系统，构建单光子探测网络，只需几部单光子探测系统就可实现对领空的全域覆盖。
在此基础上用地面或空中远程导弹构建空中地面联合火力网，把单光子探测网络作为网络中心战的目标探测网络系统，可对任何位置（地面或空中）发射的导弹进行目标指引，有效攻击全球目标，实现「全球感知，全球打击」。将空战由超视距作战改为超超视距作战。
单光子激光雷达用在自动驾驶上，将提供超高密度的点云，达到 128 线甚至 256 线的效果，当然，它无法做到 360 度。
*图为 APD 3D 成像原理图
自 1993 年开始，美国国防部开始资助美国 MIT 的林肯实验室开发单光子激光雷达，这也是目前全球最优秀的单光子激光雷达供应者，1998 年林肯实验室推出第一代样机。第一代样机原理图如下：
2001 年推出第二代，2003 年推出第三代。2010 年则首次将单光子激光雷达装在喷气式飞机上实验。系统挂载在喷气式飞机机腹位置, 对地面进行主动激光照射并三维成像，同时在系统内融合 GPS /IMU 信息， 实现对地面的侦察与测绘。
探测器是 32 × 128 的 InP /InGaAsP 盖革 APD，激光器工作波长为 1500nm，能够全天时在 3 公里高空对地面进行 2000 km /h 的快速三维成像, 距离精度为 0.3 m。
*对地成像
此后直到 2015 年，MIT /LL 在激光三维成像雷达方面的研究工作主要集中在开发性能更佳的近红外波段响应 InP /InGaAs APD 阵列。近红外波段的激光人眼安全并具备隐蔽性, 能够通过提高功率的方式获得更佳的探测性能。
目前林肯实验室可以提供 256*256 精度，预计到 2018 年可以达到 1024*1024 的精度，完全达到实用级别。2003 年日本防卫省科技研究院实验成功了 35*35 精度的单光子激光雷达，目前估计也达到 256*256 的精度，但已经属于军事机密。
2005 年德国知名导弹制导系统大厂，代傲国防系统实验室完成单光子激光雷达识别导弹真假弹头的实验，有助于远距离启动拦截导弹。
