Гибридное фотовозбуждение сверхчистого алмаза фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона

Прямое межзонное и внутрищелевое фотовозбуждение фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона (длина волны $\lambda = 4.0, 4.7$ мкм) исследовано в сверхчистом химически-осажденном алмазе, используя характеристическую УФ фотолюминесценцию свободных экситонов и А-полосы электронов, захваченных внутри диэлектрической щели на глубоких донорно-акцепторных или дислокационных ловушках. При низких интенсивностях лазерного излучения ($I < 10\,$ТВт/см$^2$) экситонная фотолюминесценция демонстрирует нелинейную зависимость от $I\lambda^2$ с показателями степени $N\approx17$ ($4.0$ мкм) и $14$ ($4.7$ мкм), недостаточными для прямого межзонного перехода через прямую щель ($\geq 6.5$ эВ) на величину $\approx 1.2$ и $2.8$ эВ соответственно. Аналогично, показатель степени $N\approx9$ ($4.7$ мкм) для внутрищелевого ($\approx 3.5$ эВ) фотовозбуждения люминесценции А-полосы указывает на недостаток $\approx 1$ эВ. В данном режиме, при промежуточной величине параметра Келдыша $\gamma\sim1$, зависящей от величины $I\lambda^2$, такое незавершенное многофотонное возбуждение предполагает гибридный межзонный переход “многофотонное возбуждение + туннелирование”, предсказываемый теорией Келдыша, но никогда однозначно экспериментально не наблюдавшийся. При высоких интенсивностях лазерного излучения ($I > 10\,$ТВт/см$^2$) интенсивность фотолюминесценции экситонов и А-полосы показывает (суб)линейный характер зависимостей, по-видимому, отражающий формирование более сильно поглощающей электрон-дырочной плазмы. Наблюдаемые эффекты проливают свет на гибридный характер фотовозбуждения в сильных полях при промежуточных величинах $\gamma$ и открывают возможности для управления нелинейно-оптическими свойствами полупроводников и диэлектриков с помощью внутрищелевых примесно-дефектных состояний.