ISSN 2079-6900 (Print) 
ISSN 2587-7496 (Online)

Middle Volga Mathematical Society Journal

DOI 10.15507/2079-6900.24.202202.215-227

Оригинальная статья

ISSN 2079-6900 (Print)

ISSN 2587-7496 (Online)

УДК 519.633, 51-73

Численное исследование влияния поверхностной рекомбинации на нелинейные и фазовые искажения, возникающие при восстановлении формы оптического сигнала

В. Я. Гришаев, С. М. Мурюмин, Е. В. Никишин

ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва» (г. Саранск, Российская Федерация)

Аннотация. В работе проведено численное исследование кинетики фотопроводимости резистора при однородной генерации электронов и дырок по толщине. Расчеты проведены для полупроводника $n$-типа. Рассмотрены случаи линейной и квадратичной объемной рекомбинации. Математическая модель представлена в виде нелинейного уравнения параболического типа. К нелинейности уравнения приводит квадратичная рекомбинация. Использование граничных условий 3-го рода позволяет учесть поверхностную рекомбинацию неравновесных носителей заряда. Это явление приводит к необходимости учета диффузионного члена при записи кинетических уравнений, описывающих распределение электронов и дырок. Модель пренебрегает объемным зарядом. Показана возможность использования операции интегрирования фототока, протекающего через резистор, для получения зависимости интенсивности света от времени при малых длительностях оптического импульса: $T<\max{(\tau_n,\tau_p)}$. Здесь $T$ – длительность импульса, $\tau_n$ и $\tau_p$ – время жизни электронов и дырок соответственно. Нелинейные искажения в этом случае связаны в основном с появлением второй и третьей гармоник разложения в ряд Фурье функции, определяющей зависимость фототока от времени. Для «восстановления» оптического импульса также можно использовать операцию дифференцирования фототока. Нелинейные и фазовые искажения малы при выполнении условия $T<\max{(\tau_n,\tau_p)}$. Предложенные способы позволяют расширить область длительностей оптического импульса $(T)$, в которой возможно его «восстановление». В окрестности области, определяемой равенством $T\approx\max{(\tau_n,\tau_p)}$, существенны нелинейные и фазовые искажения.

Ключевые слова: математическая модель, нелинейное уравнение параболического типа, механизмы рекомбинации, кинетика фотопроводимости, нелинейные искажения, частотные искажения, фазовые искажения, восстановление импульса

Для цитирования: Гришаев В. Я., Мурюмин С. М., Никишин Е. В. Численное исследование влияния поверхностной рекомбинации на нелинейные и фазовые искажения, возникающие при восстановлении формы оптического сигнала // Журнал Средневолжского математического общества. 2022. Т. 24, № 2. С. 215–227. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.24.202202.215-227

Поступила: 14.02.2022; доработана после рецензирования: 01.04.2022; принята к публикации: 25.05.2022

Информация об авторах:

Гришаев Владимир Яковлевич, доцент кафедры экспериментальной и теоретической физики, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1), кандидат физико-математических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5009-0222, grishaev53@mail.ru

Мурюмин Сергей Михайлович, доцент кафедры прикладной математики, дифференциальных уравнений и теоретической механики, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1), кандидат физико-математических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2965-7500, muryuminsm@yandex.ru

Никишин Евгений Васильевич, доцент кафедры экспериментальной и теоретической физики, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1), кандидат физико-математических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8370-1790, nikishin57@mail.ru

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Creative Commons Attribution 4.0 International License Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.