Точное решение задачи о динамике формирования фотоиндуцированных зарядов в фоторефрактивных кристаллах

Исследованы нелинейные процессы перераспределения зарядов в упрощенной модели фоторефрактивного кристалла, учитывающей только фотоионизацию доноров и дрейф фотоэлектронов в электрическом поле. В результате численного интегрирования уравнения непрерывности для фотоэлектронов и уравнения Пуассона получены временные и пространственные зависимости электрического поля, концентрации фотоэлектронов, плотности объемного заряда и плотности фототока. Наибольшее время, достигнутое в расчете, близко к двухкратному времени пролета фотоэлектрона сквозь образец. В этом временном интервале получены осцилляции фототока, амплитуда которых убывает с уменьшением коэффициента поглощения света. В распределении электрического поля по координате прослежено формирование «узкого горла», существование которого обусловлено сильной нелинейностью процесса. Прослежено также возвратно-поступательное движение узкого горла, что также определяется нелинейным членом в уравнении непрерывности. Динамика формирования объемного заряда представляет собой процесс зарождения и распространения нелинейной волны. Показано возникновение ступенчатого распределения положительного заряда и движение пакета отрицательного заряда к аноду. Несмотря на то что в модели не учитывается захват фотоэлектронов на ловушки, который имеет место в реальной ситуации, динамика распределения поля и заряда качественно согласуется с наблюдаемой.