固态激光雷达的前世今生

固态激光雷达大多源自三维图像传感器的研究，这种传感器实际源自红外焦平面成像仪，焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。

大部分固态激光雷达则是主动发射激光，激光到达目标后反射回光线到达焦平面。也有某些低成本设计，干脆采用红外二极管发射红外光波，这种已经不能算严格意义上的激光雷达。

「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」。