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激光雷达作为一种重要的遥感手段,具有方向性强、分辨率高等特点,广泛地应用在人工智能、大气科学、环境监控等领域。其中,1.5 μm激光雷达具有人眼安全、大气透过率高、太阳背景辐射弱等优势,特别适合地表附近人员密集的应用场合,比如远距离单光子三维成像、城市污染监控、机场风速测量等;240～280 nm的中紫外激光雷达具有日盲的特点和较强的瑞利散射,可以用于飞行器尾焰探测和平流层大气风场的探测等应用。激光雷达出射的激光传播到较远距离的时候,对接收望远镜张开的立体角迅速减小,并且由于大气的吸收和散射,能量逐渐降低,导致远距离处的回波信号非常微弱。使用单光子探测器接收激光雷达回波信号可以显著提高信噪比、提升探测距离,同时降低激光雷达对激光能量和望远镜口径的需求,有利于雷达系统向小型化和集成化发展。然而,目前较为成熟的商用硅单光子探测器对1.5 μm和中紫外的光子没有响应。1.5μm激光雷达和中紫外激光雷达的发展迫切需求实用化、高性能、高集成度的单光子探测器的诞生。在此背景下,本文围绕面向激光雷达应用的近红外和中紫外单光子探测技术进行了如下研究:在近红外单光子探测方向,本文作者研制了基于InGaAs/InP负反馈雪崩光电二极管的自由运行模式单光子探测器样机,分别针对单模光纤耦合和多模光纤耦合的探测器搭建了各自的性能标定系统。尝试将InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器应用于高精度气溶胶激光雷达系统,提出了计数率修正算法和后脉冲修正算法,经修正后的激光雷达信号与高性能超导纳米线单光子探测器探测信号的平均误差仅1.3%。在此基础上,发展了小型化、实用化的云激光雷达和无人机载气溶胶激光雷达。在远距离单光子三维成像应用中,发展了多模光纤耦合的小型化超低噪声InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器,并在探测器中实现了对探测信号的高精度时间测量,为实用化超远距离单光子三维成像激光雷达的研发提供了有力支撑。在中紫外单光子探测方向,本文作者研制了基于4H-SiC单光子雪崩光电二极管的单光子探测器样机,并设计了自由空间耦合的自动化性能标定系统,对4H-SiC单光子雪崩光电二极管的光敏面探测效率分布、雪崩信号幅度分布、暗计数率、探测效率和后脉冲概率等性能进行了表征。本文的主要创新点如下:1.针对1.5μm激光雷达的应用需求,设计了集成化、实用化的InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器,最大探测效率达到40%;2.针对高精度气溶胶激光雷达应用,提出了一套适用于自由运行模式单光子探测器的后脉冲修正及计数率修正算法,有效降低了探测器所引起的雷达信号畸变;3.针对超远距离单光子三维成像激光雷达的需求,设计并研制了多模光纤耦合的小型化超低噪声InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器,实现了国际上最远主动成像距离。