ПРОБЛЕМИ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ФОТОСТИМУЛЬОВАНОЇ ДИФУЗІЇ В РЕЛАКСАЦІЙНІЙ ОПТИЦІ

Згідно класифікації релаксаційнноптичних процесів та явищ, дифузійні процеси відносяться до вторинних динамічних (колективних) процесів. У випадку релаксаційної оптики дифузію слід розглядати в комплексі з процесами перевипромінювання, так як обидва ці процеси пов’язані з переносом та перерозподілом енергії взаємодії [1-3].

При структурному підході ми повинні враховувати фотостимульовану дифузію.

Фотостимульовану дифузію можна віднести ще до реактивної дифузії [4]. Прикладами фотостимульованої реактивної дифузії можуть бути профілі розподілу донорних центрів в антимоніді та арсеніді індію, які були отримані після опромінення імпульсами рубінового лазера [1-3] (Рис. 1). 

Для порівняння можна розглянути профілі розподілу донорних центрів в антимоніді індію, що були отримані після опромінення мілісекундними імпульсами рубінового лазера та серіями імпульсів малопотужного неодимового лазера [1-3] (Рис.2).

Як видно з форм профілів розподілу донорних центрів вирішальну роль у формуванні хвостів профілів цих розподілів відіграють процеси перевипромінювання: кут нахилу «поличок» кривих 2 та 3. Рис. 2 відповідає коефіцієнту поглинання випромінювання з енергією кванта рівній ширині забороненої зони антимоніду індію – 0.18 Ев.

Пояснити експериментальні результати, що наведені на Рис.1 можна за допомогою моделі, яка була створена на основі рівнянь фотоефекту [1,2].

Загальний розв’язок цієї моделі при нехтуванні поверхневими ефектами має вигляд 
(1)

Зі співвідношення (1) маємо два наближення, αL << 1– кінетичне: 
 (2)

а при αL >>1  – динамічне наближення:
(3)

Формула (2) дозволяє нам визначити кількість дефектів для випадку, коли вклад теплових процесів незначний, а формула (3) – коли основний вклад дають вторинні дифузійні (теплові) процеси та поряд з фотостимульованим дефектоутворенням проходить відпал дефектів.

Для більш адекватного опису поведенки хвостів кривих 3, 5 та 6 рис.1 була запропонована дводифузійна модель, згідно якої коефіцієнти фотостимульованої дифузії атомів In та Sb для антимоніду індію та In та As для арсеніду індію різні.

Процеси утворення поверхневих та об’ємних наноструктур можуть бути віднесені як до реакційної дифузії так і до електромагнітної та теплової релаксації.

Слід зазначити, що схожі експериментальні результати були отримані при опроміненні арсеніду індію імпульсами рубінового лазера [3], які пояснюються за допомогою цієї моделі.

В загальному випадку зміна стехіометрії призводить і до структурних змін, тому для пояснення процесів незворотної взаємодії лазерного випромінювання з кремнієм, германієм та алотропними фазами вуглецю такий метод не  підходить. В залежності від режимів опромінення ми можемо отримувати фотоіндуковані переходи, скажімо, графіт – алмаз та навпаки [1-3].

Таким чином в пропонованій роботі проведений аналіз проблеми моделювання дифузійних процесів в релаксаційній оптиці. Наведена модель фотостимульованої дифузії та показано її використання для опису різного виду дифузійних процесів.

Список літератури:

1. Trokhimchuck P.P. Foundations of Relaxed Optics./ P.P. Trokhimchuck.  –  Lutsk: Vezha,  2011. –  627 p.

2. Trokhimchuck P.P. Nonlinear and Relaxed Optical Processes./ P.P. Trokhimchuck.  –  Lutsk: Vezha-Print,  2013. –  280  p.

3. Trokhimchuck P.P. Relaxed Optics: Necessity of Creation and Problems of Development./ P.P. Trokhimchuck. // International Journal of Advanced Research in Physical Science, Vol. 2, Is. 3, 2015. – P.1-12.