针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象，研究了脉冲序列中首次击穿时的延迟脉冲数，发现其与种子电子、脉冲击穿概率以及微波场强密切相关。研究发现，微波场强可通过作用于种子电子间接影响脉冲击穿概率和延迟脉冲数，由此提出利用延迟脉冲数估计微波击穿临界场强的方法，并定义在脉冲击穿概率大于一定值时的微波临界场强作为击穿阈值。推导了脉冲击穿概率的估计公式，并对估计量的性能进行了分析，随后利用S波段微波大气击穿模拟装置开展了实验验证。实验结果表明，在一定范围内，重复频率微波脉冲击穿延迟脉冲数仅与种子电子产生率和脉宽成反比，能用于估计脉冲击穿概率，进而给出击穿临界场强。

我们描述了一种高性能平面InGaAsP/InP单光子雪崩二极管（SPAD），该二极管具有单独的吸收、分级、电荷和倍增（SAGCM）异质结构。通过电场调节和缺陷控制，SPAD在293 K的门控模式下工作，光子探测效率（PDE）为70%，暗计数率（DCR）为14.93 kHz，后脉冲概率（APP）为0.89%。此外，在死区时间为200 ns的主动淬灭模式下工作时，室温下实现了12.49%的PDE和72.29 kHz的DCR。

The influence of the virtual guard ring width (GRW) on the performance of the p-well/deep n-well single-photon avalanche diode (SPAD) in a 180 nm standard CMOS process was investigated. TCAD simulation demonstrates that the electric field strength and current density in the guard ring are obviously enhanced when GRW is decreased to 1 μm. It is experimentally found that, compared with an SPAD with GRW = 2 μm, the dark count rate (DCR) and afterpulsing probability (AP) of the SPAD with GRW = 1 μm is significantly increased by 2.7 times and twofold, respectively, meanwhile, its photon detection probability (PDP) is saturated and hard to be promoted at over 2 V excess bias voltage. Although the fill factor (FF) can be enlarged by reducing GRW, the dark noise of devices is negatively affected due to the enhanced trap-assisted tunneling (TAT) effect in the 1 μm guard ring region. By comparison, the SPAD with GRW = 2 μm can achieve a better trade-off between the FF and noise performance. Our study provides a design guideline for guard rings to realize a low-noise SPAD for large-array applications.

硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）具有极高的探测灵敏度和响应速度，且在多光子条件下具有较高的动态范围以及线性响应的特性，在光子计数激光雷达应用中有独特的优势。然而，由于SiPM多像元、单时间通道的工作模式，其输出电压信号相较于其他单光子探测器更大概率出现脉冲堆叠现象，不同鉴别阈值条件下的SiPM探测过程更为复杂。针对该问题，本文建立了SiPM光子事件响应模型，以此为基础分析了由脉冲堆叠引发的屏蔽效应和触发效应两种特殊情况的时域分布，最终建立了SiPM半解析的探测概率与虚警概率模型。同时，搭建了基于SiPM探测器的光子计数雷达系统，通过观察实测输出电压波形以及光子点云分布与理论模型相符（R²>0.95）。通过查全率与查准率对不同鉴别阈值的SiPM光子点云分布进行定量评价，并给出最优鉴别阈值区间，这对基于SiPM的光子计数激光雷达系统硬件参数的优化设计以及探测性能的定量分析具有重要的指导意义。