光電探測器是將光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號的元器件，在LiDAR系統(tǒng)中充當眼睛的角色，是關鍵的傳感器。目前主要的光電探測器有雪崩光電二極管（Avalanche PhotonDiode，簡光電探測器是將光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號的元器件，在LiDAR系統(tǒng)中充當“眼睛”的角色，是關鍵的傳感器。目前主要的光電探測器有雪崩光電二極管（Avalanche PhotonDiode，簡稱APD）/單光子雪崩二極管（SinglePhoton Avalanche Diode，簡稱SPAD）、硅光電倍增管（MPPC）和PIN光電二極管。

APD的工作模式分為線性模式和蓋革模式兩種。當APD的偏置電壓低于其雪崩電壓時，對入射光電子起到線性放大作用，這種工作狀態(tài)稱為線性模式。在線性模式下，反向電壓越高，增益就越大。APD對輸入的光電子進行等增益放大后形成連續(xù)電流，獲得帶有時間信息的激光連續(xù)回波信號。當偏置電壓高于其雪崩電壓時，APD增益迅速增加，此時單個光子吸收即可使探測器輸出電流達到飽和，這種工作狀態(tài)稱為蓋革模式。工作在蓋革模式下的APD又被稱作SPAD。

下圖是2軸MEMS掃描鏡和 SPAD圖像傳感器在混合固態(tài)LiDAR中的應用。

APD工作在蓋革模式下，單個光子即可使其工作狀態(tài)實現(xiàn)開、關之間的轉(zhuǎn)換，形成一個陡峭的回波脈沖信號，因而具備單光子成像的能力。該種光電探測器的靈敏度極高，探測距離理論上可以非常遠，三千公里都不成問題，若干年前就已在軍事領域（隱形飛機、導彈系統(tǒng)）大有所為。因此，APD的蓋革模式非常適合用在LiDAR。

下圖對APD在線性模式和蓋革模式下的光子探測能力做了比較。

MPPC是一種俗稱硅光電倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）的新型光半導體器件，根據(jù)其原理可稱多像素光子計數(shù)器（Multi-Pixel Photon Counter，MPPC）。其由多個工作在蓋革模式的APD陣列組成，具有高增益、高探測效率、快速響應、優(yōu)良時間分辨率和寬光譜響應范圍等特點。

當MPPC中的一個像素接收到一個入射光子時，就會輸出一個幅度一定的脈沖。多個像素如都接收到入射光子，則每個像素都會輸出一個脈沖，這幾個脈沖最終會疊加在一起，由一個公共輸出端輸出，以此達到更大的增益。

相比APD，MPPC的增益可達到10^5~10^6，這樣在理論上，可以在更短的時間內(nèi)得到更長的距離信息，探測帶寬也與APD不相上下。另外，擁有小而有效面積、更多像素結(jié)構的MPPC不僅具備較快的時間特性（上升時間僅1納秒左右），還可利用它獨特的光子分辨能力，將不同表面反射率的物體識別出來，從而達到測距同時分辨物體表面特性的目的。從這些性能上來看，MPPC非常適合脈沖測距法的應用，是自動駕駛上一維激光雷達的理想“小伙伴”。

濱松于今年正式發(fā)布了最新的近紅外MPPC研制成果，推出了紅外增強型MPPC S13720系列。其在905納米處具有較高的探測效率，響應速度快，工作溫度范圍寬，適合各種場合下的激光雷達應用，尤其是使用ToF測距法的長距離測量。下圖是濱松推出的紅外增強型MPPC（硅光電倍增管）S13720系列。

硅PIN光電二極管成本低，且不易受周圍環(huán)境光的干擾，但相比APD/SPAD和MPPC，探測距離較短。硅PIN光電二極管的上升和下降時間非常短（通常為10納秒或更短），因此非常適合于接收25納秒數(shù)量級的光脈沖。此外，硅PIN光電二極管表現(xiàn)出非常高的線性度，甚至在強光條件下都可以檢測到非常小的信號。硅PIN光電二極管可形成一維或二維陣列，可以集成于速度快、無運動部件的2D或3D傳感器，從而對物體的存在、位置和速度提供快速且準確的信息。

下面簡單介紹幾家混合固態(tài)LiDAR的企業(yè)和研究機構。

（1）LeddarTech