Khi ánh sáng tới có cường độ thấp coi như các photon bay tới cathode là tách biệt, khi đó xung điện tương ứng là tín hiệu ra ở anode cũng sẽ rời rạc, hệ đếm hoạt động ở chế độ đếm xung riêng biệt - chế độ đếm photon. Số xung tín hiệu ra tỉ lệ trực tiếp với số lượng photon tín hiệu tới. Chế độ đếm photon có những ưu điểm vượt trội hơn chế độ tương tự bởi tỉ số tín hiệu trên nhiễu và độ ổn định cao hơn. Việc xác định các xung này thông qua một quá trình xử lý số nên chế độ đếm photon được xem như một chế độ số [1].
Hệ lidar hoạt động ở chế độ tương tự được áp dụng với các phép đo thực hiện trong điều kiện ban ngày, khi cường độ nhiễu nền lớn, đồng nghĩa công suất phát laser phải lớn. Ngược lại khi hệ hoạt động ở chế độ đếm photon sẽ chỉ áp dụng quan trắc khí quyển ở điều kiện nền nhiễu thấp, vào thời gian không có Mặt trời, công suất laser nhỏ và ống nhân quang điện (PMT) hoạt động ở chế độ có hệ số khuếch đại lớn cỡ x106. Ưu điểm nổi trội của kỹ thuật lidar đếm photon đã được khẳng định (về độ nhạy, khả năng giảm nền nhiễu, tăng chất lượng tín hiệu đo, khoảng xa có thể quan trắc được) vì lý do đó hầu hết các hệ Lidar đời mới hiện này đều hoạt động ở chế độ đếm photon. Vậy câu hỏi đặt ra là làm sao có thể nâng cấp để hệ đo có thể hoạt động ở chế độ đếm photon trong điều kiện nền nhiễu lớn? Để trả lời câu hỏi đó chúng ta có thể cải tiến cơ cấu quang hệ thu nhận. Bằng cách giảm nền nhiễu bằng phin lọc trung tính. Khi giảm nền nhiễu đồng nghĩa cũng sẽ giảm cường độ tín hiệu, vậy chúng ta sẽ đồng thời phải tăng cường độ laser kích thích thì mới có thể thỏa mãn cả hai điều kiện trên [1].