JP2001051310A - 光変調方法及び光変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光伝搬損失を小さくするため変調域として
は、非線形光学材料の最大吸収波長領域より高波長の領
域が使用されてきた。しかし、非線形光学材料の電気光
学効果が小さく変調器に用いるためにはこの領域では能
力不足であった。最大吸収波長域またはカットオフ波長
より短波長で変調する光変調方法及びそれを用いた光変
調器を提供する。 【解決手段】 非線形光学材料の最大吸収波長領域で変
調するか、非線形光学材料のカットオフ波長より短波長
領域で変調する光変調方法。電圧印加による屈折率の変
化、電気光学効果の実部と虚部を最適化することにより
変調効率の増大化、偏光の利用、非線形光学材料を非線
形光学分子を含む高分子材料とする、膜厚方向に光を入
射、反射光の変調、光共振器構造、周波数応答が２０Ｍ
Ｈｚ以上、８０℃での電気光学定数の緩和時間が１，０
００，０００時間以上の非線形光学材料の使用等による
光変調方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信、光情報処
理、光記録等に利用される光変調方法及び光変調器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】物質は光に対して、主として電気双極子
相互作用を介して応答する。光に応答する微視的な電気
双極子の集合体としての電気分極をＰで表わす。ある材
料の電磁波に及ぼす非線形光学効果は、下式の第二次及
び高次項の関数である。 Ｐ＝αＥ＋βＥ２＋γＥ３＋・・・・・・ Ｐはその材料の分極であり、Ｅは電場の強さであり、係
数のα、β、γ等はその材料の感受率を表す。このよう
な係数はある与えられた材料に対しては一定であるが、
構造等が変化すれば変動する。二次の非線形光学材料に
おいては、いったん適当な方法で非線形光学能力を有す
る分子を配向させると、ＳＨＧ及び電磁波の電気光学的
な調整が可能となる。電磁波の電気光学的な調整は、例
えば下二式で表される。 Δｎ＝−１／２ｎ³ｒ₃₃Ｅ ｒ₃₃∝βμ Δｎは屈折率変化、ｎは屈折率、ｒ₃₃は電気光学定数、
Ｅは電場の強さ、βは第二次非線形感受率、μは双極子
モーメントである。βμが増加すると共にｒ₃₃は増大
し、従ってΔｎが増大する。

【０００３】電場配向重合体の上下を電極で挟んだ構造
の横形光変調器を考えた場合、重合体の配向方向は電圧
方向と同じｚ軸方向とすると、長さLの重合体を伝搬し
た時の位相差ΔΦは、重合体の膜厚をｄ、常光線屈折率
をｎ₀、異常光線屈折率をｎ_eとして、 ΔΦ＝２π／λ｛（ｎ₀−ｎ_e）−１／２(ｎ₀ ³ｒ₁₃−ｎ_e
³ｒ₃₃)Ｖ／ｄ｝Ｌ となり、出力光強度I₀の入力光強度I_iに対する比は、 I₀／I_i＝sin(ΔΦ／２) と表わせる。すなわち、重合体への印加電圧Ｖを時間的
に変化させることにより光強度変調が行えることが分か
る。

【０００４】位相差ΔΦを０からπまで変化させるのに
必要な電圧を半波長電圧V_πと実効電気光学定数ｒ_cは、
垂直入射では、 V_π＝λｄ／ｎ_e ³ｒ_cL ｒ_c＝ｒ₃₃−（ｎ₀／ｎ_e）³ｒ₁₃ となる。縦形光変調器の場合は、V_πは半波長電圧はレ
ーザーの入射角度θにより変化し、 V_π＝ｄ／ｎ_e ³ｒ_c ｒ_c＝２ｒ₃₃sin²θ／３ となる。非線形光学材料は、特に約３００ｎｍと約２０
００ｎｍとの間の波長にわたる非線形感受率を有する必
要があり、一般には機械的及び熱的特性、高い光学的透
明度、低い比誘電率、高いレーザー損傷域、スピンコー
ト用に使用する溶媒中への良好な溶解度等のような、良
好な特性が必要とされる。

【０００５】当初の非線形光学材料はＫＨ₂ＰＯ₄、Ｌｉ
ＮｂＯ₃、ＩｎＳｂ及びＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄等のような無機化
合物結晶であった。しかしながらこれらの材料を高度の
光学的品質と非線形特性を有するように処理するには費
用がかかる。従って、これらの材料は大きな非線形感受
率を有し、処理が簡便で低費用で済み、所望の物理的及
び機械的特性を容易に最適化できる、パイ電子系を有す
る有機重合体材料による置き換えが検討されてきた。

【０００６】初期の有機非線形光学材料は、例えば適当
な重合体組成物中に溶解された４−ジメチルアミノスチ
ルベン（ＤＡＮＳ）のような非対称電荷を有する非線形
光学発色団に基づいており、このことはＷｉｌｌｉａｍ
ｓによってＡｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎ
ｇｌ．，２３，６９０−７０３（１９８４）に開示され
ている。一般に非対称電荷を誘導するため、したがって
第二次非線形分極率を誘導するために、芳香環は電子供
与基を介して反応性結合基に結合されており、一方発色
団末端の芳香環は電子受容基で置換されており、発色団
の双極子は一列に並んでいる。しかしながら、非線形光
学発色団分子の重合体組成物への溶解度は限られてお
り、ホスト重合体組成物外でのゲスト発色団分子の結晶
化をもたらすか、あるいはこの組成物中でのゲスト分子
の移動性が非線形光学特性の損失を招く。発色団分子の
重合体組成物への難溶解性は発色団の重合体への共有結
合によって克服された。米国特許第４，８９４，２６３
号、米国特許第４，９３３，１１２号及び米国特許第
４，９３５，２９２号には、パイ電子共役炭素−炭素、
炭素−窒素、窒素−窒素橋によって結合された一連の芳
香環の非線形光学発色団側鎖を有する重合体が開示され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】光変調器の検討は導波
路型デバイスが中心であった。したがって、これまで、
非線形光学発色団の最大吸収波長域は導波長が長いと光
伝搬損失が増大するため、変調領域としては使用されて
こなかった。さらに、空間光変調デバイスの検討は殆ど
行われていない。現在までに開発されている空間光変調
器は、液晶空間光変調器に代表されるように、低解像度
で応答速度もミリ秒程度と遅く、高解像度の画像を高速
に表示する必要のある分野、例えばマルチメディア用の
立体ディスプレイや動画ホログラムディスプレイの応用
には不適当であった。導波路型に比べ空間型の場合は十
分な光路作用長がとれず、非線形光学光波を十分に制御
できないことが大きな要因であった。本発明は、光伝搬
損失を小さくするため変調域として、従来使用されてき
た非線形光学材料の最大吸収波長領域より高波長の領域
の非線形光学材料の電気光学効果が小さく変調器に用い
るためにはこの領域では能力不足であった課題を解消す
るため、最大吸収波長域またはカットオフ波長より短波
長で変調する光変調方法及びそれを用いた光変調器を提
供する。

【０００８】

【課題を解決する手段】非線形光学発色団における最大
波長領域での電気光学特性の発現に関しては、Ｍｏｌｅ
ｃｕｌａｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔ． Ｓｃｉ． Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ，−Ｓｅｒ．Ｂ，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ
Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ ４，１−１９頁に記述が有る。
すなわち、最大吸収波長領域では電気光学定数の実部と
虚部の大きさがそれぞれ変化する事が述べられている。
本発明者らは、最大吸収波長領域における電気光学定数
の実部と虚部と波長の関係を詳細に検討した結果、適当
な波長を選択する事により実部と虚部の効果を最大とす
る事により良好な変調特性が選られる事を見い出し、本
発明に至った。本発明は、（１）非線形光学材料の最大
吸収波長領域で変調する光変調方法。 （２）非線形光学材料のカットオフ波長より短波長領域
で変調する光変調方法。 （３）非線形光学材料への電圧印加による屈折率を変化
させることを特徴とする上記（１）または（２）に記載
の光変調方法。 （４）電気光学効果の実部と虚部を最適化することによ
り変調効率の増大を行うことを特徴とする上記（１）ま
たは（２）の光変調方法。 （５）偏光を利用することを特徴とする上記（１）また
は（２）の光変調方法。 （６）非線形光学材料が非線形光学分子を含む高分子材
料からなる上記（１）または（２）の光変調方法。 （７）非線形光学分子が高分子に結合していることを特
徴とする上記（６）の光変調方法。 （８）膜厚方向に光を入射することを特徴とする上記
（１）または（２）の光変調方法。 （９）反射光の変調を特徴とする上記（１）または
（２）の光変調方法。 （１０）反射膜を有することを特徴とする上記（９）の
光変調方法。 （１１）光共振器構造を有することを特徴とする上記
（１）または（２）の光変調方法。 （１２）フォトニッククリスタル反射膜で特定の波長の
光変調を行う上記（１）または（２）の光変調方法。 （１３）周波数応答が２０ＭＨｚ以上であることを特徴
とする上記（１）または（２）の光変調方法。 （１４）８０℃での電気光学定数の緩和時間が１，００
０，０００時間以上の非線形光学材料を使用することを
特徴とする上記（１）または（２）の光変調方法。 （１５）電子供与性官能基がアミン基である非線形光学
材料を特徴とする上記（１）または（２）の光変調方
法。 （１６）電子求引性官能基がジシアノビニル基である非
線形光学材料を特徴とする上記（１）または（２）の光
変調方法。 （１７）非線形光学分子が一般式（１）で表される複素
芳香族化合物である非線形光学材料を特徴とする（１）
または（２）の光変調方法。

【０００９】

【化２】 [式中Ａｒ¹は２価の芳香族基、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は水素、
アルキル基又は芳香族基、Ｘは接続性官能基を有してい
ても良い１価の有機基、ｍは０〜５の整数、ｎは３〜１
２の整数、Ｚ¹およびＺ²は互いに異なっていても良い電
子吸引性官能基、Ｚ³は１価の官能基を示す。] （１８）双極子モーメントの方向が一致する２個以上の
電子求引性官能基を有する非線形光学材料を特徴とする
上記（１）または（２）の光変調方法。 （１９）上記（３）〜（１８）のうちから任意に選択さ
れた２個以上の特徴を併せ持つ上記（１）または（２）
の光変調方法。 （２０）上記（１）〜（１９）のうちから任意に選択さ
れた変調方法を用いる光変調器。 （２１）上記（２０）の光変調器から構成された空間光
変調器である。

【００１０】

【発明実施の形態】本発明で用いられる最大吸収波長領
域は非線形光学材料の構造により決定され、非線形光学
材料のカットオフ波長より短波長領域が用いられる。使
用される波長領域は約３００ｎｍと約２０００ｎｍとの
間の波長が主に用いられる。本発明では、非線形光学材
料への電圧印加により屈折率を変化させることで光変調
が行われるが、電磁波照射や磁場照射等により同様の効
果を得ることもできる。本発明では、変調波長の選択に
おいて電気光学効果の実部と虚部を最適化することによ
り変調効率の増大を行うことができる。変調する波長と
しては一般に、最大吸収波長とカットオフ波長の間の波
長が使用される。

【００１１】本発明では、非線形光学分子を含んでなる
高分子材料からなる非線形光学材料を用いることができ
る。さらに非線形光学分子を高分子に結合させることも
でき、耐熱信頼性やプロセス安定性を向上させることが
できる。ここで結合としては、共有結合、イオン結合、
配位結合、水素結合等が挙げられる。上記高分子材料と
しては、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ
アクリルアミド、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリ
キノリン、ポリキノキサリン、ポリエステル、ポリスチ
レン、ポリアセナフチレン、ポリインデン、ポリシクロ
ブタジエン、ポリフェニレン、ポリアミド酸、ポリイミ
ド、ポリイソイミド、ポリエーテルケトン、ポリフェニ
レンエーテル、ポリジシクロペンタジエン、ポリノルボ
ルネン、それらの置換基導入体、及びそれらの共重合体
を使用することができる。使用波長が８００〜１６００
ｎｍの場合、上記高分子材料の一部または全部の水素
を、重水素又はフッ素で置き換えたものは光損失が小さ
くなることが知られている。例えば、本発明の実施例で
は、含フッ素酸二無水物とジアミン及び非線形色素を側
鎖に有するジアミンとの共重合高分子であるポリアミド
酸を前駆体溶液として用いている。

【００１２】本発明では、非線形光学材料の膜厚方向に
光を入射することにより変調する方法を提供する。例え
ば、図１（ａ）に示したように透過型の変調方法を提供
することができる。本方法では光は非線形光学材料内を
１回伝搬することとなる。さらに、本発明では、図１
（ｂ）に示したように反射膜からの反射光を利用する光
変調方法を提供する。反射膜としては、アルミニウム、
金、銅等の金属膜、色素等、透過媒体との屈折率差があ
るものを使用することができる。この方法では、非線形
光学材料内を光は２回伝搬することになり、変調効率は
向上する。本発明は反射回数を２回以上とすることによ
りさらに変調効率を増大する方法を提供する。例えばそ
の方法としては、図２に示したように光路中に別の反射
鏡を有する変調器構造をとることで非線形光学材料を伝
搬する回数を増大させる方法が挙げられる。また酸化チ
タンと酸化珪素の交互積層膜等の光共振器構造を用いる
ことにより強度増幅等を行う光変調方法も提供できる。
特定の波長を反射する機能を持たせたフォトニッククリ
スタル反射膜を用いて入力光から必要な波長の出力光を
得ることも可能である。さらに、図３に例示したよう
に、面内導波路からの入射光を非線形光学材料に導き、
これを面内に用意された反射膜等の方向変換手段を経る
ことにより導波路内に変調光を出力させる、導波路型変
調方法も提供する。

【００１３】本発明では、変調する光として円偏光や直
線偏光等の偏光を利用することができる。本発明では、
周波数応答が１０ＭＨｚ以上、好ましくは２０ＭＨｚ以
上である光変調方法を提供する。本発明では、変調器の
駆動環境が室温よりも高温でも変調効率が劣化しにくい
変調方法を提供する。具体的には、電気光学定数の緩和
時間（初期値の８０％になるまでの時間）が１，００
０，０００時間以上である駆動温度が、好ましくは５０
℃まで、より好ましくは８０℃まで、さらに好ましくは
１００℃までである非線形光学材料を使用することによ
り実現する事ができる。本発明では、上記特徴の内任意
に選択された２個以上の特徴を併せ持つ、光変調方法を
提供する。本発明では、上記特徴を有する光変調方法を
用いる光変調器および空間光変調器を提供する。

【００１４】非線形光学材料としては、電子供与性官能
基と電子求引性官能基の間を電子共鳴系が接続している
ものであれば特に制限はない。電子共鳴系は１個以上の
環状不飽和系および／または不飽和基で構成される。上
記環状不飽和系としては、シクロブテンジイル、シクロ
ペンテンジイル、シクロヘキセンジイル、シクロヘプテ
ンジイル、シクロオクテンジイル、フェニルジイル、ナ
フタレンジイル、ビフェニルジイル、チオフェンジイ
ル、ベンゾ［ｂ］チオフェンジイル、ナフト［２，３−
ｂ］チオフェンジイル、チアスレンジイル、フランジイ
ル、ピランジイル、ベンゾ［ｂ］フランジイル、イソベ
ンゾフランジイル、クロメンジイル、クサンテンジイ
ル、フェノクサチンジイル、２Ｈ−ピロールジイル、ピ
ロールジイル、イミダゾールジイル、ピラゾールジイ
ル、ピリジンジイル、ピラジンジイル、ピリミジンジイ
ル、ピリダジンジイル、インドリジンジイル、イソイン
ドールジイル、３Ｈ−インドールジイル、インドールジ
イル、１Ｈ−インダゾールジイル、プリンジイル、４Ｈ
−キノリジンジイル、イソキノリンジイル、キノリンジ
イル、フタラジンジイル、ナフチリジンジイル、キノオ
キサリンジイル、キナゾリンジイル、シノリンジイル、
プテリジンジイル、４aＨ−カルバゾーリジイル、カル
バゾールジイル、β−カルボリンジイル、フェナンスリ
ジンジイル、アクリジンジイル、ペリミジンジイル、フ
ェナンスロリンジイル、フェナジンジイル、フェナルサ
ジンジイル、イソチアゾールジイル、フェノチアジンジ
イル、イソオキサゾールジイル、フラザンジイル、フェ
ノキサジンジイル、イソクロマンジイル、クロマンジイ
ル、ピロリジンジイル、ピロリンジイル、イミダゾリジ
ンジイル、イミダゾリンジイル、ピラゾリジンジイル、
ピラゾリンジイル、ピペリジンジイル、ピペラジンジイ
ル、インドリンジイル、イソインドリンジイル、キヌク
リジンジイル、モルホリンジイル等及びそれらの置換
体、それらの一部水素付加物（還元体）、それらの位置
異性体が挙げられる。上記不飽和基としては、ビニル
基、アセチレン基、イミン基、アゾ基、アゾキシ基、そ
れらの環状化系を含む置換体基、及びそれら２個以上か
ら構成される連結基等が挙げられる。

【００１５】上記電子供与性基としては、アミン基（Ｒ
¹Ｒ²Ｎ−）、エーテル基（Ｒ³Ｏ−）、チオエーテル基
（Ｒ⁴Ｓ−）等が挙げられる。Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴は置
換基を有していても良いアルキル基またはアリール基で
あり、Ｒ¹とＲ²で環状構造を構成しても良い。前記置換
基としては、アルケニル基、アルキルオキシ基、アルキ
ルチオ基、アルキルスルホキシド基、アルキルスルホン
基、アルキルシリル基、アルキルシリルオキシ基、アル
キルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アルキルアリール
アミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチ
オ基、アリールスルホキシド基、アリールスルホン基、
アリールシリル基、アリールシリルオキシ基、ジアリー
ルアミノ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルチオ
基、アシルスルホキシド基、アシルスルホン基、アシル
シリル基、アシルシリルオキシ基、アシルアミノ基、ジ
アシルアミノ基、アシルアルキルアミノ基、アシルアリ
ールアミノ基、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨー
ド基、ヒドロキシ基、メルカプト基、カルボキシ基、ア
ルキルカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、ホ
ルミル基、ニトロ基、ニトロソ基、シアノ基、イソシア
ノ基等が挙げられる。

【００１６】上記のアルキルとしては、メチル、エチ
ル、プロピル、ブチル、ペンチル等の飽和炭化水素基、
シクロペンチル、シクロヘキシル等の飽和環状炭化水素
基、ビニル、アリル、シクロペンテニル、シクロヘキセ
ニル、ベンジル、トリフェニルメチル等の不飽和炭化水
素基、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、ヘ
プタフルオロプロピル等のパーフルオロアルキル等及び
それらの異性体基が挙げられる。上記のアシルとして
は、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブタノイル等
のアルキルカルボニル基、ベンゾイル、アルキルベンゾ
イル、アルキルオキシベンゾイル等のアリールベンゾイ
ル基、メタンスルホニル、エタンスルホニル、パラトル
エンスルホニル等のスルホニル基及びそれらの異性体基
が挙げられる。本発明の非線形光学分子としては、特に
制限はないが、下記一般式（１）[化３]

【００１７】

【化３】 〔式中、Ar¹は２価の芳香族基、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は水素、
アルキル基、又は芳香族基、Ｘは接続性官能基を有して
いても良い１価の有機基、ｍは０〜５の整数、ｎは３〜
１２の整数、Ｚ¹およびＺ²は互いに異なっていても良い
電子吸引性官能基、Ｚ³は１価の官能基を示す。〕で表
される複素芳香族化合物の使用は好ましい。

【００１８】上記の２価の芳香族基Ａｒ¹，Ａｒ²として
は、フェニルジイル、ナフタレンジイル、ビフェニルジ
イル、チオフェンジイル、ベンゾ［ｂ］チオフェンジイ
ル、ナフト［２，３−ｂ］チオフェンジイル、チアスレ
ンジイル、フランジイル、ピランジイル、ベンゾ［ｂ］
フランジイル、イソベンゾフランジイル、クロメンジイ
ル、クサンテンジイル、フェノクサチンジイル、２Ｈ−
ピロールジイル、ピロールジイル、イミダゾールジイ
ル、ピラゾールジイル、ピリジンジイル、ピラジンジイ
ル、ピリミジンジイル、ピリダジンジイル、インドリジ
ンジイル、イソインドールジイル、３Ｈ−インドールジ
イル、インドールジイル、１Ｈ−インダゾールジイル、
プリンジイル、４Ｈ−キノリジンジイル、イソキノリン
ジイル、キノリンジイル、フタラジンジイル、ナフチリ
ジンジイル、キノオキサリンジイル、キナゾリンジイ
ル、シノリンジイル、プテリジンジイル、４aＨ−カル
バゾーリジイル、カルバゾールジイル、 β−カルボリ
ンジイル、フェナンスリジンジイル、アクリジンジイ
ル、ペリミジンジイル、フェナンスロリンジイル、フェ
ナジンジイル、フェナルサジンジイル、イソチアゾール
ジイル、フェノチアジンジイル、イソオキサゾールジイ
ル、フラザンジイル、フェノキサジンジイル、イソクロ
マンジイル、クロマンジイル、ピロリジンジイル、ピロ
リンジイル、イミダゾリジンジイル、イミダゾリンジイ
ル、ピラゾリジンジイル、ピラゾリンジイル、ピペリジ
ンジイル、ピペラジンジイル、インドリンジイル、イソ
インドリンジイル、キヌクリジンジイル、モルホリンジ
イル等及びそれらの置換体、それらの位置異性体が挙げ
られる。

【００１９】上記のアルキル基Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³として
は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル等の
飽和炭化水素基、シクロペンチル、シクロヘキシル等の
飽和環状炭化水素基、ビニル、アリル、シクロペンテニ
ル、シクロヘキセニル、ベンジル、トリフェニルメチル
等の不飽和炭化水素基、トリフルオロメチル、ペンタフ
ルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル等のパーフルオ
ロアルキル等及びそれらの異性基等が挙げられる。上記
の１価の有機基Ｘとしては、アルキル基、アルキルオキ
シ基、アルキルスルフィド基、ジアルキルアミノ基、ジ
アアリールアミノ基等、フェニル基、ビフェニル基、ナ
フチル基、ピリジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニ
ル基、チオフェニル基、ピラニル基、フラニル基等のア
リール基、アルケニル基、アルキニル基等の不飽和基、
及びそれらの置換体、異性体が挙げられる。上記の接続
性官能基としては、エーテル基、エステル基、ケトン
基、チオエーテル基、アミン基、イミド基、アミ基ド、
ウレイド基等及びそれらの前駆体官能基が挙げられる。

【００２０】上記の電子吸引性官能基Ｚ¹及びＺ²として
は、ケトン基、スルホキシド基、スルホン基、ニトロ
基、シアノ基、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエ
チル、ヘプタフルオロプロピル等のパーフルオロアルキ
ル基、アシル基、パーフルオロアシル基、ホルミル基等
が挙げられ、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、
ピリジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、チオ
フェニル基、ピラニル基、フラニル基等のアリール基、
アルケニル基、アルキニル基等の不飽和基、及びさらに
その不飽和基に電子性吸引基が接続した官能基等が挙げ
られる。さらに、Ｚ¹及びＺ²は一緒になって環を形成し
ていてもよい。この環構造の一般的な製造方法は例えば
特開平７−１７３１１６号に開示されており、Ｎ，Ｎ−
ジアルキルバルビツール酸、Ｎ，Ｎ−ジアルキルチオバ
ルビツール酸、ローダミン、ヒダントイン、オキサゾリ
ン等を用いて容易に製造できる。前記の１価の官能基Ｚ
３としては、水素、アルキル基、アルキルオキシ基、ア
ルキルスルフィド基、ジアルキルアミノ基、ジアアリー
ルアミノ基等、さらに、ケトン基、スルホキシド基、ス
ルホン基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル、
ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル等のパ
ーフルオロアルキル基、アシル基、パーフルオロアシル
基、ホルミル基等の電子求引性官能基、フェニル基、ビ
フェニル基、ナフチル基、ピリジニル基、ピリミジニル
基、ピリダジニル基、チオフェニル基、ピラニル基、フ
ラニル基等のアリール基、アルケニル基、アルキニル基
等の不飽和基、及びさらにその不飽和基に電子吸引性官
能基基が接続した官能基等が挙げられる。一般式（１）
の非線形光学分子としては、一般に用いられているアゾ
系色素、スチルベン系色素等が使用でき特に制限はな
い。例えば１ａ〜１ｈの化合物が挙げられる。

【００２１】

【化４】

【００２２】

【化５】

【００２３】

【実施例】（実施例１）２−｛４−〔［６−（２，５−
ジアミノフェニル）オキシヘキシル］エチルアミノ〕ス
チリル｝−α，α−ジシアノ−４−クロメニリデン２．
８３５ｇ（５．１９５ｍｍｏｌ）とビス（４−アミノフ
ェニル）エーテル２．４１１５ｇ（１２．０４３ｍｍｏ
ｌ）を窒素気流中でＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド４５
ｍｌに溶解し、０℃で２，２−ビス（３，4−ジカルボ
キシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物７．６
５８ｇ（１７．２３８ｍｍｏｌ）とＮ，Ｎ−ジメチルア
セトアミド１０ｍｌを加えて、０℃で２時間、室温で４
時間撹拌して色素濃度１５．５ｗｔ％のポリイミド前駆
体溶液を得た。

【００２４】（実施例２）ＩＴＯ導電膜を蒸着したガラ
ス基板上に、実施例１で合成したポリイミド前駆体溶液
をスピンコート（５００ｒｐｍ／１０秒、３２５０ｒｐ
ｍ／３０秒）し、１００℃で２分間前乾燥を行い膜厚３
μｍのプレサンプルを得た。プレサンプルをさらに窒素
雰囲気下オーブン中で２３０℃まで加熱して硬化させ
た。この時２３０℃になってから５分間４ｋＶでコロナ
ポーリングを行って評価用サンプルとした。評価用サン
プルの最大吸収波長は５１７ｎｍ、カットオフ波長は６
８０ｎｍであった。紫外線吸収スペクトルを図４に示し
た。評価用サンプルの電気光学定数ｒ₃₃（実部）、ｒ₃₃
（虚部）および変換効率を測定した。その結果を表１に
示した。

【００２５】

【表１】 測定波長 ｒ ₃₃ (実部) ｒ ₃₃ （虚部） 変換効率 実施例2-1 ６３３ｎｍ ４０．３ｐｍ／Ｖ １３３．２ｐｍ／Ｖ １．９７％ 比較例2-2 ６８０ｎｍ １５．０ｐｍ／Ｖ １．４ｐｍ／Ｖ ０．２５％ 比較例2-3 ７８０ｎｍ ５．０ｐｍ／Ｖ ０．２ｐｍ／Ｖ ０．０８％

【００２６】（実施例３）実施例２の評価用サンプルを
用いて、透過型変調器(図１（ａ）)、反射型変調器(図
１（ｂ）)、２回反射型変調器(図２)を構成し、波長６
３３ｎｍのそれぞれの変調効率を１ＫＨｚ、１０．６Ｖ
ｒｍｓの印加電圧で最大出力強度の半分の位置で測定し
た。その結果を表２に示した。

【００２７】

【表２】 波長 変調効率 実施例３−１ （透過型変調器） ６３３ｎｍ １．００％ （デバイス透過率 ０．７７％） 実施例３−２ （反射型変調器） ６３３ｎｍ １．９７％ （デバイス反射率 ９．９３％） 比較例３−３ （反射型変調器） ６８０ｎｍ ０．２５％ （デバイス反射率 １７．５０％） 比較例３−４ （反射型変調器） ７８０ｎｍ ０．０８％ （デバイス反射率 ２８．７２％） 実施例３−５（２回反射型変調器） ６３３ｎｍ ３．５９％ （デバイス反射率 ０．３６％）

【００２８】（実施例４）実施例２の評価用サンプルの
変調効率を１ＫＨｚ、１９４Ｖｒｍｓの印加電圧で最大
出力強度の半分の位置で測定した。その結果を表３に示
した。

【００２９】

【表３】 波長 変調効率 実施例４−１ 反射型変調器 ６３３ｎｍ １８％ 実施例４−２ ２回反射型変調器 ６３３ｎｍ ３９％

【００３０】

【発明の効果】本発明により変調効率の大きな光変調方
法及び光変調器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示し、（ａ）は、透過型変
調器を示す概略図であり、（ｂ）は、反射型変調器を示
す概略図。

【図２】 本発明の実施例を示し、光路中に反射鏡を有
する２回反射型の変調器構造を示す概略図。

【図３】 本発明の実施例を示し、面内導波路からの入
射光を面内に用意した反射膜等の方向変換手段により導
波路内に変調光を出す導波路型変調器を示す概略図。

【図４】 本発明の実施例の用いた評価用サンプルの紫
外線吸収スペクトル。

【符号の説明】

１．ヘリウムネオンレーザ ２．偏光子 ３．サンプル（透明電極／有機非線形ポリマー／アルミ
ニウム電極／ガラス基板） ４．補償板 ５．検光子 ６．光検出器 ７．交流信号発生器 ８．ロックインアンプ ９．オシロスコープ １０．ハーフミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 建治 茨城県つくば市吾妻４−209−304 Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA14 BA01 CA02 CA05 DA07 2K002 AA01 AA02 AB09 AB10 CA06 HA06 HA08 HA13

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非線形光学材料の最大吸収波長領域で変
   調する光変調方法。
2. 【請求項２】 非線形光学材料のカットオフ波長より短
   波長領域で変調する光変調方法。
3. 【請求項３】 非線形光学材料への電圧印加による屈折
   率を変化させることを特徴とする請求項１または請求項
   ２に記載の光変調方法。
4. 【請求項４】 電気光学効果の実部と虚部を最適化する
   ことにより変調効率の増大を行うことを特徴とする請求
   項１または請求項２に記載の光変調方法。
5. 【請求項５】 偏光を利用することを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載の光変調方法。
6. 【請求項６】 非線形光学材料が非線形光学分子を含む
   高分子材料からなる請求項１または請求項２に記載の光
   変調方法。
7. 【請求項７】 非線形光学分子が高分子に結合している
   ことを特徴とする請求項６に記載の光変調方法。
8. 【請求項８】 膜厚方向に光を入射することを特徴とす
   る請求項１または請求項２の光変調方法。
9. 【請求項９】 反射光の変調を特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の光変調方法。
10. 【請求項１０】 反射膜を有することを特徴とする請求
    項９に記載の光変調方法。
11. 【請求項１１】 光共振器構造を有することを特徴とす
    る請求項１または請求項２に記載の光変調方法。
12. 【請求項１２】 フォトニッククリスタル反射膜で特定
    の波長の光変調を行う請求項１または請求項２に記載の
    光変調方法。
13. 【請求項１３】 周波数応答が２０ＭＨｚ以上であるこ
    とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光変調
    方法。
14. 【請求項１４】 ８０℃での電気光学定数の緩和時間が
    １，０００，０００時間以上の非線形光学材料を使用す
    ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光
    変調方法。
15. 【請求項１５】 電子供与性官能基がアミン基である非
    線形光学材料を特徴とする請求項１または請求項２に記
    載の光変調方法。
16. 【請求項１６】 電子求引性官能基がジシアノビニル基
    である非線形光学材料を特徴とする請求項１または請求
    項２に記載の光変調方法。
17. 【請求項１７】 非線形光学分子が一般式（１）で表さ
    れる複素芳香族化合物である非線形光学材料を特徴とす
    る請求項１または請求項２に記載の光変調方法。 【化１】 [式中Ａｒ¹は２価の芳香族基、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は水素、
    アルキル基又は芳香族基、Ｘは接続性官能基を有してい
    ても良い１価の有機基、ｍは０〜５の整数、ｎは３〜１
    ２の整数、Ｚ¹およびＺ²は互いに異なっていても良い電
    子吸引性官能基、Ｚ³は１価の官能基を示す。]
18. 【請求項１８】 双極子モーメントの方向が一致する２
    個以上の電子求引性官能基を有する非線形光学材料を特
    徴とする請求項１または請求項２に記載の光変調方法。
19. 【請求項１９】 請求項３ないし請求項１８のうちから
    任意に選択された２個以上の特徴を併せ持つ請求項１ま
    たは請求項２に記載の光変調方法。
20. 【請求項２０】 請求項１ないし請求項１９のうちから
    任意に選択された変調方法を用いる光変調器。
21. 【請求項２１】 請求項２０に記載の光変調器から構成
    された空間光変調器。