随着科技的不断发展,结合探测技术的现代应用背景,目前对于目标探测的距离、精度都有了越来越高的要求。此外,对于远距离目标的材质识别也是研究的热点,通过目标反射回波的偏振特性能够有效的区分人造目标以及自然目标,提高了激光雷达对于伪装目标的识别能力。当目标距离较远时,光的强度可能低到单光子量级。因此,对于远距离目标回波信号偏振特性的理论分析以及探测研究与传统的偏振理论和探测技术存在较大的差别。本文针对光子偏振目标识别进行了理论的分析以及实验的研究。本文从光子与原子相互作用的理论模型出发,将光子散射过程理解为光子与原子相互作用系统中的吸收以及辐射过程,给出了散射系统中出射光子的偏振方向与原子种类以及入射光子偏振方向之间的关系。并且对光子与原子相互作用的理论公式进行了一定的简化,讨论了二能级系统以及三能级系统原子与光子的相互作用过程中,出射光子的偏振方向随原子跃迁偶极矩大小、方向的变化,分析了不同原子种类,出射光子在不同偏振方向的概率分布情况。此外,本文还以氢原子为例给出了相互作用的具体理论公式,分析了入射光子偏振方向变化时出射光子偏振方向的变化情况。本文提出了基于Gm-APD的光子偏振探测的新方法,设计了四路Gm-APD光子偏振探测系统,并针对该探测系统进行了实验测试。利用Gm-APD对光子量级的回波信号进行探测,根据雪崩次数反推得到入射光强度。文中讨论了光子偏振探测系统中每一路对光子偏振变化的响应情况,发现信号对入射光的偏振角度变化敏感,实验测得的不同入射偏振态所对应的信号光电子数与理论曲线基本吻合,但是有一定的偏移。文中对每一路基于Gm-APD的光子偏振探测系统进行了误差分析。