經過多年對InGaAs結構的研究，LiDAR開發人員現在可以做出增益更高的APD。這提高了激光雷達的精度，且不用對基礎電路進行巨大改動。

　　光探測和激光測距（LiDAR）設備已成為汽車設計中的關鍵部件，這些設計實現了從三級控制到完全自動駕駛的高級駕駛輔助系統（ADAS）。

　　激光雷達的工作原理是以掃描模式發射由激光器產生的紅外光脈沖，計算激光雷達掃描范圍內物體反射的每個光脈沖到達光電探測器的時間，軟件利用時間來估算物體的距離，并可根據脈沖強度和形狀等其他屬性來獲取每個被檢測物體的更多信息。

　　測定距離、形狀和大小

　　利用脈沖測得的在水平面和垂直面上的角度以及到物體的距離，軟件可以在掃描范圍內建立一個球面坐標空間三維模型。這樣就能利用激光雷達繪制出儀器掃描范圍內的環境地圖。

　　激光雷達估算潛在障礙物的距離及其大小和形狀 沃爾沃汽車

　　由于激光雷達在實時探測車輛面臨的危險方面具有優勢，因此現在已成為高級ADAS的核心組件。激光與雷達配合使用，這不僅能準確估計潛在障礙物的距離，還能估計其形狀和大小，整體性能會更為卓越。

　　紅外光可穿透霧、霾和灰塵

　　汽車行業中有兩種波長的光適合用于ADAS，其中一種是905nm。然而使用905nm的光存在幾個問題，其中一點是自然陽光和其他環境光源的干擾，因為905nm在可見光區域附近。

　　905nm光的另一個問題是眼睛安全。由于該波長會被水蒸氣和灰塵吸收，因此在較遠距離使用時需要較高的激光功率。但由于該波長光接近可見光范圍，因此功率增大的同時也帶來了對道路使用者和行人眼睛造成傷害的風險。因此905nm現在被認為更適用于車輛側面和角落的短距離激光雷達應用，在這些地方激光功率可以保持在較低水平。

　　另一種是1550nm的光，它遠離可見光譜，因此使用比905nm的激光器更強的激光器符合1級安全標準。再加上其穿透霧、霾和灰塵的能力更強，因此1550nm的激光雷達更適用于需要檢測距離車輛100米以上潛在障礙物的前向式激光雷達系統，這也是高速自動駕駛的關鍵要求。

　　探測遠距離物體

　　與905nm相比，使用1550nm波長還具有其他優勢，包括減少陽光干擾以及與電信市場使用的光纖組件有更好的兼容性?；?550nm激光器的激光雷達系統可以受益于成熟的光纖技術以及為電信行業制造的組件和基礎設施，這有助于降低成本和提高可靠性。

　　探測器對1550nm的響應度也不同于905nm，探測器更容易檢測到高吸收率物體反射的光，如路面上的橡膠輪胎。即使在較高的激光功率水平下，ADAS要及時探測到遠距離的此類物體并做出反應仍需要高響應度的探測器陣列。

　　斜面的吸收和反射以及大氣條件都會使回射光的檢測更加困難，尤其是在環境噪聲可能很普遍的情況下，這會對探測器元件的性能提出更高的要求。

　　半導體材料的光子吸收效率比較

　　噪聲掩蓋了激光雷達中的微小脈沖

　　硅光電二極管通常用于波長為905nm的應用，而InGaAs等化合物半導體在波長更長的1550nm上具有更高的響應度。InGaAs-APD可以有效放大激光雷達應用中的低強度光信號。

　　當光子撞擊APD的吸收層時，會產生成對的電子和空穴，電子在釋放的能量推動下進入導帶。施加在APD上的反向偏置電壓會加速導帶電子向帶正電的陽極移動。當電子進入雪崩層并與雪崩層內的原子碰撞時，它們釋放的動能會引發產生更多的電子-空穴對。雪崩效應產生的光電流比最初的光子相互作用產生的光電流更高，提高了讀出電路的信號。

　　激光雷達系統通常使用跨阻抗放大器(TIA)將APD產生的電流脈沖轉換為電壓脈沖。時間數字轉換器可以更輕松地處理這些信號，并提供算法所需的信息。APD的增益越高，每個脈沖的輸出電平就越強，但背景噪聲也會越大。這種噪聲是雪崩過程的統計性質造成的，因為每個入射光子引發的碰撞次數可能會有很大差異。設計增益過高的二極管會導致TIA輸出產生過多的背景噪聲，從而掩蓋來自遠處低反射率物體的產生的微小脈沖。

　　噪聲對APD輸出的影響

　　高溫條件下性能穩定

　　過量噪聲系數在很大程度上取決于空穴與電子的電離系數，理想情況下該比值應低于1.當該比值接近1時，過量噪聲系數會將傳統InGaAs二極管的有效增益限制在40以下，盡管該噪聲系數優于鍺器件。硅的電離比明顯較低，因此905nm激光雷達中使用的硅APD的增益可以達到幾百或更高。

　　英國謝菲爾德大學的研究人員發現，在InGaAs探測器制造工藝中添加銻合金可以抑制傳統器件中出現的過大噪聲系數。Phlux Technology 公司根據這些研究成果，經過八年的研發優化，推出了一系列APD器件，在噪聲成為問題之前，其增益可達120或更高。與傳統的InGaAs器件相比，這些器件還具有更快的過載恢復能力，這樣就能可靠地檢測到緊隨大脈沖的較弱的次級脈沖。另一個優點是溫漂比不使用銻合金的器件低十倍，而且高溫性能更穩定。

　　無噪聲技術增加激光雷達的探測距離

　　使用Phlux開發的“無噪音”技術，可將激光雷達的有效范圍擴大50%，而范圍是ADAS 3級及以上的一個重要因素。更高的響應度增強了系統在高速行駛時探測道路上、附近或遠處小物體的能力。它還能檢測到反射率低的小物體，而傳統的APD傳感器可能會漏掉這些物體。此外設計人員還可以利用增益的提高來權衡激光功率與探測距離，從而節省能源。

　　新型“無噪聲”InGaAs APD可將激光雷達的射程提高50%

　　更低的激光功率簡化了熱管理并降低了對光學元件的要求，無噪聲InGaAs APD在熱穩定性上的提高使其在不同的環境條件下都能進行更精確的測量。

　　由于Phlux通過對InGaAs結構的長期研究，并對材料和制造工藝進行了改進，激光雷達設計人員可以充分利用增益更高的APD來節省功率和提高精度，無需對周圍電路進行重大改動。無噪聲APD紅外探測器技術能為自動駕駛汽車實現新一代ADAS。