Гибридное фотовозбуждение сверхчистого алмаза фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона

Прямое межзонное и внутрищелевое фотовозбуждение фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона (длина волны λ = 4.0, 4.7 мкм) исследовано в сверхчистом химическиосажденном 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/см2) экситонная фотолюминесценция демонстрирует нелинейную зависимость от Iλ2 с показателями степени N ≈ 17 (4.0 мкм) и 14 (4.7 мкм), недостаточными для прямого межзонного перехода через прямую щель (≥ 6.5 эВ) на величину ≈ 1.2 и 2.8 эВ соответственно. Аналогично, показатель степени N ≈ 9 (4.7 мкм) для внутрищелевого (≈ 3.5 эВ) фотовозбуждения люминесценции А-полосы указывает на недостаток ≈1 эВ. В данном режиме, при промежуточной величине параметра Келдыша γ ∼ 1, зависящей от величины Iλ2, 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/см2) 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 γ и открывают возможности для управления нелинейно-оптическими свойствами полупроводников и диэлектриков с помощью внутрищелевых примесно-дефектных состояний.