光電效應和雪崩效應
APDS（雪崩光電二極體）的工作原理基於光電效應和雪崩效應。當光子被半導體材料吸收時，會產生電子-空穴對。這些電子和空穴在強電場的作用下，會以高速運動並撞擊晶格原子，使其電離產生新的電子-空穴對，形成雪崩效應。這樣，載流子數量會迅速增加，導致電流增大，實現光電轉換。
APD的工作模式分為線性模式和蓋革模式兩種。線上性模式下，反向偏置電壓越高，增益就越大，對輸入的光電子進行等增益放大後形成連續電流。而在蓋革模式下，單個光子吸收即可使探測器輸出電流達到飽和，此時雷射發射的同時產生一個計時開始信號（start），當光子回波到達時產生一個CMOS兼容的電壓脈衝（stop），使光脈衝到達的時間數位化。
此外，APD的量子效率可達90%以上，有很好的微弱信號探測能力，具有量子回響度高、回響速度快、線性回響特性好等特點。製作APD的半導體材料有Si、Ge、InGaAs、HgCdTe，可以工作在可見光波段和近紅外波段。