JP2005227378A - Organic nonlinear optical material and nonlinear optical element using the same - Google Patents

Organic nonlinear optical material and nonlinear optical element using the same Download PDF

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康浩 山口
Hokuto Takada
北斗 高田
Tomozumi Uesaka
友純 上坂
Yasunari Nishikata
康成 西片
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic nonlinear optical material which can solve the conventional problem of stability and the like while a favorable effect such as excellent nonlinear performance and high productivity that an organic material potentially has is maintained by using a special resin binder satisfying various needed characteristics and to provide a nonlinear optical element using the same. <P>SOLUTION: The organic nonlinear optical material formed by incorporating an organic compound having nonlinear optical activity into the resin binder is characterized in that the resin binder is a cyclic olefinic resin. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光を用いた光情報通信、光情報処理、イメージング等の分野において重要な波長変換素子、光変調器、光スイッチ、光集積回路、光コンピュータ等に有効に用いることのできる非線形光学素子に関する。さらに、本発明は、上記非線形光学素子を作製するために必要とされる有機非線形光学材料に関する。   The present invention relates to nonlinear optics that can be effectively used for wavelength conversion elements, optical modulators, optical switches, optical integrated circuits, optical computers, etc., which are important in the fields of optical information communication using light, optical information processing, imaging, etc. It relates to an element. Furthermore, this invention relates to the organic nonlinear optical material required in order to produce the said nonlinear optical element.

光を用いる光情報通信、光情報処理、イメージング等の分野において重要な波長変換素子、光変調器、光スイッチ、等の機能性素子の多くは非線形光学材料、特に2次非線形光学材料を用いることによって具現化される。2次非線形光学材料としてはこれまでにニオブ酸リチウム、燐酸二水素カリウム等の無機非線形光学材料が既に実用化され、広く用いられているが、近年、これらの無機材料に対し、高い非線形光学性能、安価な材料ならびに製造コスト、高い製造性等の優位性を有する有機非線形光学材料が注目され、実用化に向けての活発な研究開発が行われている。   Most of the functional elements such as wavelength conversion elements, optical modulators, optical switches, etc., which are important in the fields of optical information communication, optical information processing, and imaging using light, use nonlinear optical materials, especially secondary nonlinear optical materials. Is embodied by. As the second-order nonlinear optical material, inorganic nonlinear optical materials such as lithium niobate and potassium dihydrogen phosphate have already been put into practical use and widely used. However, in recent years, these nonlinear materials have high nonlinear optical performance. Attention has been focused on inexpensive materials and organic nonlinear optical materials having advantages such as manufacturing cost and high manufacturability, and active research and development for practical use is being conducted.

2次有機非線形光学材料は、原理的に系に対象中心が存在しないことが必須要件であり、非線形光学活性を有する有機化合物を対称中心の存在しない結晶構造に結晶化させた系(以下、「結晶系」と称する)と、非線形光学活性を有する有機化合物を樹脂バインダー中に含有させ、該非線形光学活性を有する有機化合物を何らかの手段によって配向させた系(以下、「樹脂分散系」と称する)に大別される。   In principle, a secondary organic nonlinear optical material is required to have no target center in the system, and a system in which an organic compound having nonlinear optical activity is crystallized into a crystal structure having no symmetry center (hereinafter, “ And a system in which an organic compound having nonlinear optical activity is contained in a resin binder and the organic compound having nonlinear optical activity is oriented by some means (hereinafter referred to as “resin dispersion system”). It is divided roughly into.

前記結晶系の有機非線形光学材料は、非常に高い非線形性能を発揮し得ることが知られているが、素子化に必要な大きな有機結晶の作製が困難であり、有機結晶の強度は非常に脆く素子化工程での破損等の問題がある。これに対し、前記樹脂分散系の有機非線形光学材料は、樹脂バインダーにより、素子化するに当って有用な成膜性、機械的強度等の好ましい特性が付与され、実用化に向けてのポテンシャルが高く有望視されている。   The crystalline organic nonlinear optical material is known to exhibit extremely high nonlinear performance, but it is difficult to produce a large organic crystal necessary for device formation, and the strength of the organic crystal is very fragile. There are problems such as breakage in the element fabrication process. On the other hand, the organic dispersion optical material of the resin dispersion system is provided with favorable characteristics such as film formability and mechanical strength useful for elementization by the resin binder, and has potential for practical use. Highly promising.

前記樹脂分散系の非線形光学材料では、樹脂バインダー中に非線形光学活性を有する有機化合物が凝集せずに均一に分散され、光学的に均質透明となることが要求される。さらに、前記の通り2次の非線形光学効果を発現するには、非線形光学活性を有する有機化合物を何らかの手段によって配向させ系として異方性を付与しなければならず、また、機能性素子として利用するに当っては、その配向状態が素子の置かれる温湿度環境にあって長期間に亘って安定に保持されなければならない。   In the nonlinear optical material of the resin dispersion system, it is required that the organic compound having nonlinear optical activity is uniformly dispersed in the resin binder without agglomeration and becomes optically homogeneous and transparent. Furthermore, as described above, in order to exhibit the second-order nonlinear optical effect, an organic compound having nonlinear optical activity must be oriented by some means to impart anisotropy as a system, and can be used as a functional element. In doing so, the orientation state must be maintained stably over a long period of time in a temperature and humidity environment where the element is placed.

したがって、樹脂分散系の有機非線形光学材料に用いる樹脂バインダーとしては、非線形光学活性を有する有機化合物との高い相溶性、並びに非線形光学活性を有する有機化合物の配向状態を安定に保持するための高いガラス転移温度が要求される。また、一般に樹脂分散系の有機非線形光学材料は薄膜の形態にて素子化され、該薄膜の形成法としては湿式塗布法が好適に用いられる。したがって、樹脂分散系の有機非線形光学材料に用いる樹脂バインダーとしては、塗布溶剤への高い溶解性も要求される。   Therefore, as a resin binder used for an organic nonlinear optical material of a resin dispersion system, a high glass for stably maintaining the high compatibility with an organic compound having nonlinear optical activity and the orientation state of the organic compound having nonlinear optical activity. A transition temperature is required. In general, a resin-dispersed organic nonlinear optical material is formed into an element in the form of a thin film, and a wet coating method is suitably used as a method for forming the thin film. Therefore, the resin binder used for the resin-dispersed organic nonlinear optical material is required to have high solubility in a coating solvent.

また、一般に樹脂分散系の有機非線形光学材料を素子化するに当っては、何らかの基板または他の樹脂薄膜の表面に成膜して用いられる場合が多く、さらに、樹脂分散系の有機非線形光学材料からなる薄膜の表面に他の樹脂薄膜を形成して用いられる場合が多い。したがって、樹脂分散系の有機非線形光学材料に用いる樹脂バインダーとしては、前記基板や他の樹脂薄膜との密着性、接着性に優れた樹脂が好ましい。   In general, when a resin-dispersed organic nonlinear optical material is made into an element, the resin-dispersed organic nonlinear optical material is often used by being formed on the surface of any substrate or other resin thin film. In many cases, another thin resin film is formed on the surface of the thin film. Therefore, as the resin binder used in the organic nonlinear optical material of the resin dispersion system, a resin excellent in adhesion and adhesion to the substrate and other resin thin films is preferable.

加えて、樹脂分散系の有機非線形光学材料に用いる樹脂バインダーとしては、一般的に、複屈折が小さいこと、吸湿性が低いこと、アモルファス性が高いこと、無色透明であること、光学ひずみが小さいこと、光安定性が高いこと、熱安定性が高いこと等の諸要求を満足する必要がある。   In addition, resin binders used for organic nonlinear optical materials of resin dispersion generally have low birefringence, low hygroscopicity, high amorphousness, colorless transparency, and low optical distortion. In addition, it is necessary to satisfy various requirements such as high light stability and high thermal stability.

従来、樹脂分散系の有機非線形光学材料に用いる樹脂バインダーとしては、ポリメチルメタクリレート樹脂(一般にPMMAと略称される)が最もよく検討されてきたが、PMMAのガラス転移温度は100℃程度と低く、PMMAを樹脂バインダーとして用いた樹脂分散系の有機非線形光学材料の配向状態は室温でも徐々に緩和し、非線形光学性能が経時で著しく低下してしまうため、機能性素子としての実用化には耐えないことが知られている(例えば、非特許文献1参照)。   Conventionally, polymethylmethacrylate resin (generally abbreviated as PMMA) has been best studied as a resin binder used for resin-dispersed organic nonlinear optical materials, but the glass transition temperature of PMMA is as low as about 100 ° C., The alignment state of a resin dispersion organic nonlinear optical material using PMMA as a resin binder gradually relaxes even at room temperature, and the nonlinear optical performance deteriorates remarkably over time, so it cannot be put into practical use as a functional element. It is known (for example, refer nonpatent literature 1).

この問題を解決するために、PMMAに代わる樹脂バインダーの探索が活発に行われ、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルフォン樹脂等のPMMAよりもガラス転移温度の高い樹脂の有効性が報告されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、前記の樹脂分散系の有機非線形光学材料用樹脂バインダーに対する要求特性の全てを満足するものは未だ見出されていない。   In order to solve this problem, a search for a resin binder instead of PMMA has been actively conducted, and the effectiveness of a resin having a glass transition temperature higher than that of PMMA such as a polycarbonate resin, a polyimide resin, or a polysulfone resin has been reported ( For example, see Patent Document 1). However, no material satisfying all the required properties for the resin binder for organic nonlinear optical materials of the resin dispersion system has been found yet.

また、耐熱性等に優れた環状オレフィン系樹脂について、導光板、光学レンズ、光ディスクなどの光学材料に適用した例が報告されているが(例えば、特許文献2、非特許文献2参照)、非線形光学材料用の樹脂バインダーとしてはこれまで全く検討されておらず、非線形光学活性を有する有機化合物との適合性や有機非線形光学材料としての特性に関しても未知であった。
このように、樹脂分散系の有機非線形光学材料は実用化に至っていないというのが現状である。
Further, examples of cyclic olefin resins having excellent heat resistance and the like applied to optical materials such as light guide plates, optical lenses, and optical disks have been reported (for example, see Patent Document 2 and Non-Patent Document 2). The resin binder for optical materials has not been studied at all, and the compatibility with organic compounds having nonlinear optical activity and the characteristics as organic nonlinear optical materials have not been known.
Thus, at present, resin-dispersed organic nonlinear optical materials have not been put into practical use.

なお、樹脂分散系の有機非線形光学材料の発展系として、非線形光学活性構造を側鎖及び/または主鎖に導入した非線形光学活性高分子化合物に関する研究も行われているが、非線形光学性能と、機械的強度及び成膜性といった好ましい高分子物性とを兼ね備えた高分子化合物を設計することは困難であり、また、非線形光学活性構造を有する高分子化合物の合成に当っては、重合度が上がらない、重合反応中に非線形光学活性構造が分解してしまう、精製が困難等の問題があり、現段階では必ずしも実用化に適しているとはいえない。
Chemical Reviews、1994年、94巻、1号、31〜75頁 機能材料、2000年、20巻、8号、16〜22頁 特開平6−202177号公報 特開2001−324618号公報
In addition, as a development system of organic nonlinear optical materials of resin dispersion, research on nonlinear optically active polymer compounds in which a nonlinear optically active structure is introduced into the side chain and / or main chain is also being conducted. It is difficult to design a polymer compound having favorable polymer properties such as mechanical strength and film formability, and the degree of polymerization is increased in the synthesis of a polymer compound having a nonlinear optically active structure. However, there are problems such as decomposition of the nonlinear optically active structure during the polymerization reaction, difficulty in purification, etc., and it is not necessarily suitable for practical use at this stage.
Chemical Reviews, 1994, 94, 1, 31-75 Functional materials, 2000, 20 volumes, No. 8, pp. 16-22 JP-A-6-202177 JP 2001-324618 A

本発明は、以上のような従来技術の問題を解決することを目的とする。
すなわち、本発明は、前記の諸要求特性を満足する特定の樹脂バインダーを用いることにより、優れた非線形性能、高い生産性等の有機材料が潜在的に持つ好ましい効果を維持しつつ、従来問題であった、安定性等の問題を解決することができる有機非線形光学材料、並びにそれを用いた非線形光学素子を提供することを目的とする。
The object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above.
That is, the present invention uses conventional resin binders that satisfy the above-mentioned required characteristics, while maintaining the favorable effects of organic materials such as excellent non-linear performance and high productivity, with the conventional problems. An object of the present invention is to provide an organic nonlinear optical material that can solve problems such as stability, and a nonlinear optical element using the organic nonlinear optical material.

本発明者等は、前記の課題を解決すべく、樹脂バインダーならびに非線形光学活性を有する有機化合物に関して鋭意検討を行った結果、特定の樹脂バインダーを活用することにより、前記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies on the resin binder and the organic compound having nonlinear optical activity in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors can solve the above-mentioned problems by utilizing a specific resin binder. As a result, the present invention has been completed.

すなわち本発明は、
<1> 非線形光学活性を有する有機化合物を樹脂バインダー中に含有させてなる有機非線形光学材料であって、前記樹脂バインダーが環状オレフィン系樹脂であることを特徴とする有機非線形光学材料である。
That is, the present invention
<1> An organic nonlinear optical material comprising an organic compound having nonlinear optical activity in a resin binder, wherein the resin binder is a cyclic olefin resin.

<2> 前記環状オレフィン系樹脂が、少なくとも下記一般式(1)で示される複環状オレフィンを含む単量体の重合物または該重合物の水素添加体であることを特徴とする<1>に記載の有機非線形光学材料である。 <2> The <1> characterized in that the cyclic olefin-based resin is a polymer of a monomer containing at least a bicyclic olefin represented by the following general formula (1) or a hydrogenated product of the polymer. The organic nonlinear optical material described.

Figure 2005227378
Figure 2005227378

上記式中、R1〜R4はそれぞれ互いに独立に水素原子、ハロゲン原子、または一価の有機基であり、また任意の2つ以上が互いに連結して環構造を形成してもよい。m及びpはそれぞれ互いに独立に0または正の整数を表す。 In the above formula, R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a monovalent organic group, and any two or more may be linked to each other to form a ring structure. m and p each independently represent 0 or a positive integer.

前記重合物または該重合物の水素添加体を用いることによって、ガラス転移温度、アモルファス性、光学品質、吸湿性等の点で、特に好ましい効果が発揮される。   By using the polymer or a hydrogenated product of the polymer, particularly advantageous effects are exhibited in terms of glass transition temperature, amorphousness, optical quality, hygroscopicity, and the like.

<3> 前記一般式(1)で示される複環状オレフィンを含む重合物または該重合物の水素添加体が、下記一般式(2)で示される繰返し単位を含む重合物であることを特徴とする<2>に記載の有機非線形光学材料である。 <3> The polymer containing the bicyclic olefin represented by the general formula (1) or the hydrogenated product of the polymer is a polymer containing a repeating unit represented by the following general formula (2). The organic nonlinear optical material according to <2>.

Figure 2005227378
Figure 2005227378

上記式中、X及びYはそれぞれ互いに独立に水素原子、または置換または無置換のアルキル基を表す。   In the above formula, X and Y each independently represent a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group.

前記繰返し単位を含む環状オレフィン系樹脂を用いることによって、非線形光学活性を有する有機化合物との相溶性、塗布溶剤への溶解性、基板等への密着性および接着性、化学的安定性等の点で、特に好ましい効果が発揮される。   By using the cyclic olefin-based resin containing the repeating unit, compatibility with organic compounds having nonlinear optical activity, solubility in coating solvents, adhesion and adhesion to substrates, chemical stability, etc. Thus, a particularly preferable effect is exhibited.

<4> 前記非線形光学活性を有する有機化合物が、下記一般式(3)で示される3級アミン誘導体であることを特徴とする<1>〜<3>のいずれかに記載の有機非線形光学材料である。 <4> The organic nonlinear optical material according to any one of <1> to <3>, wherein the organic compound having nonlinear optical activity is a tertiary amine derivative represented by the following general formula (3): It is.

Figure 2005227378
Figure 2005227378

上記式中、Z1及びZ2はそれぞれ互いに独立に一価の有機基であり、L1は置換または無置換の芳香族基であり、L2はπ共役基であり、Aは電子吸引性基である。また、Z1、Z2、及びL1は任意のいずれかが連結して環構造を形成してもよい。さらにまた、L2は、L1またはAと連結して環構造を形成してもよい。 In the above formula, Z 1 and Z 2 are each independently a monovalent organic group, L 1 is a substituted or unsubstituted aromatic group, L 2 is a π-conjugated group, and A is an electron-withdrawing group. It is a group. Any of Z 1 , Z 2 and L 1 may be linked to form a ring structure. Furthermore, L 2 may be linked to L 1 or A to form a ring structure.

前記3級アミン誘導体を用いることによって、非線形光学性能、樹脂バインダーとの相溶性、化学的安定性、耐熱性等の点で、特に好ましい効果が発揮される。   By using the tertiary amine derivative, particularly advantageous effects are exhibited in terms of nonlinear optical performance, compatibility with a resin binder, chemical stability, heat resistance, and the like.

<5> <1>〜<5>のいずれかに記載の有機非線形光学材料を用いたことを特徴とする非線形光学素子である。 <5> A nonlinear optical element using the organic nonlinear optical material according to any one of <1> to <5>.

本発明の有機非線形光学材料は、非線形光学活性を有する有機化合物を諸特性に優れた環状オレフィン系樹脂バインダー中に分散させてなることを特徴とし、材料中に高い濃度で非線形光学活性を有する有機化合物を存在させても、これらが凝集せずに均一な分散状態をとるため、高い光学品質と非線形光学活性を兼ね備え、かつ非線形光学活性を有する有機化合物の配向状態の熱安定性並びに経時安定性が高く、長期に亘って優れた特性を保持できる等の好ましい効果を奏する。このため、本発明の有機非線形光学材料を用いることによって、諸特性並びにその安定性に優れた非線形光学素子を具現化することができる。   The organic nonlinear optical material of the present invention is characterized in that an organic compound having nonlinear optical activity is dispersed in a cyclic olefin resin binder excellent in various properties, and an organic compound having nonlinear optical activity at a high concentration in the material. Even in the presence of compounds, they do not agglomerate and take a uniform dispersion state. Therefore, they have both high optical quality and nonlinear optical activity, and the thermal stability and temporal stability of the alignment state of organic compounds with nonlinear optical activity. It has a favorable effect such as being high and capable of maintaining excellent characteristics over a long period of time. For this reason, by using the organic nonlinear optical material of the present invention, a nonlinear optical element having excellent characteristics and stability can be realized.

以下に、本発明を実施の形態に沿って詳しく説明する。
<有機非線形光学材料>
本発明の有機非線形光学材料は、非線形光学活性を有する有機化合物を樹脂バインダー中に含有させてなる有機非線形光学材料であって、前記樹脂バインダーが環状オレフィン系樹脂であることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments.
<Organic nonlinear optical material>
The organic nonlinear optical material of the present invention is an organic nonlinear optical material in which an organic compound having nonlinear optical activity is contained in a resin binder, wherein the resin binder is a cyclic olefin resin.

本発明における前記環状オレフィン系樹脂とは、少なくとも1種の環状オレフィンを含む単量体の重合物あるいは該重合物の化学変性体であり、主鎖に脂環構造を含むことを特徴とし、その例としては、下記(A)〜(D)に示す樹脂群が挙げられる。   The cyclic olefin-based resin in the present invention is a polymer of a monomer containing at least one cyclic olefin or a chemically modified product of the polymer, and includes an alicyclic structure in the main chain. Examples include the resin groups shown in the following (A) to (D).

(A)1種以上の複環状オレフィンの開環(共)重合物
(B)前記開環(共)重合物の水素添加体
(C)1種以上の環状オレフィンの付加(共)重合物
(D)1種以上の環状オレフィンと1種以上の不飽和二重結合含有化合物との付加共重合物
なお、本発明において上記複環状オレフィンとは、環状化合物の環構造において該環構造を構成する原子の任意の2つ以上が他の有機基を介して連結され、複数の環構造が融合して存在するような構造を有する環状オレフィンをいう。
(A) Ring-opening (co) polymer of one or more polycyclic olefins (B) Hydrogenated product of the ring-opening (co) polymer (C) Addition (co) polymer of one or more cyclic olefins ( D) Addition copolymer of one or more cyclic olefins and one or more unsaturated double bond-containing compounds In the present invention, the above-mentioned bicyclic olefin constitutes the ring structure in the ring structure of the cyclic compound. A cyclic olefin having a structure in which any two or more of atoms are connected via another organic group and a plurality of ring structures are fused.

環状オレフィン系樹脂は、主鎖にバルキーで、かつ疎水性の高い脂環構造を含むことから、アモルファス性、化学的安定性等に優れ、さらに、樹脂分散系の有機非線形光学材料用の高ガラス転移温度樹脂バインダーとして開示されているポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂等よりも、著しく複屈折が小さい、吸湿性が低い等の好ましい特性を兼ね備える。   Cyclic olefin-based resins are bulky in the main chain and contain a highly hydrophobic alicyclic structure, so they are excellent in amorphousness, chemical stability, etc. In addition, they are high glass for resin-dispersed organic nonlinear optical materials. Compared to polyimide resins, polycarbonate resins, polysulfone resins and the like disclosed as transition temperature resin binders, they have preferable characteristics such as remarkably low birefringence and low hygroscopicity.

また、前述のように、これまで有機非線形光学材料の樹脂バインダーとして環状オレフィン系樹脂は検討されていなかったが、本発明者等は後述するように、環状オレフィン系樹脂が非線形光学活性を有する有機化合物との相溶性に優れることを見出し、高い非線形光学特性、安定性を有する本発明の有機非線形光学材料を完成させたものである。   In addition, as described above, a cyclic olefin resin has not been studied as a resin binder of an organic nonlinear optical material, but the present inventors have described that an organic compound having a nonlinear optical activity as described later. The present inventors have found that the compatibility with a compound is excellent, and completed the organic nonlinear optical material of the present invention having high nonlinear optical characteristics and stability.

前記環状オレフィン系樹脂としては、特に、少なくとも下記一般式(1)で示される複環状オレフィンを含む単量体の重合物または該重合物の水素添加体が、ガラス転移温度、光学品質等の点で、特に好ましい。   As the cyclic olefin-based resin, in particular, a polymer of a monomer containing at least a bicyclic olefin represented by the following general formula (1) or a hydrogenated product of the polymer has glass transition temperature, optical quality, and the like. And particularly preferred.

Figure 2005227378
Figure 2005227378

上記式中、R1〜R4はそれぞれ互いに独立に水素原子、ハロゲン原子、または一価の有機基であり、また任意の二つ以上が互いに連結して環構造を形成してもよい。m及びpはそれぞれ互いに独立に0または正の整数を表す。 In the above formula, R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a monovalent organic group, and any two or more may be linked to each other to form a ring structure. m and p each independently represent 0 or a positive integer.

その中でも、さらに、下記一般式(2)で示される繰返し単位を含む環状オレフィン系樹脂は、合成の容易性、非線形光学活性を有する有機化合物との相溶性、塗布溶剤への溶解性、基板等への密着性および接着性、化学的安定性等の点で、特に好ましい。   Among them, the cyclic olefin resin containing the repeating unit represented by the following general formula (2) is easy to synthesize, compatible with organic compounds having nonlinear optical activity, solubility in coating solvents, substrates, etc. It is particularly preferable from the viewpoints of adhesion and adhesion to the surface, chemical stability, and the like.

Figure 2005227378
Figure 2005227378

上記一般式(2)において、X及びYはそれぞれ独立に水素原子、または置換または無置換のアルキル基を表す。   In the general formula (2), X and Y each independently represent a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group.

前記アルキル基としては、炭素数が1〜4のアルキル基が好ましく、特にメチル基が好ましい。また、X及び/またはYは、架橋硬化性及び/または非線形光学活性を有する有機化合物との連結性を示す反応性官能基を有してもよい。   As the alkyl group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and a methyl group is particularly preferable. Moreover, X and / or Y may have a reactive functional group that exhibits a connectivity with an organic compound having cross-linking curability and / or nonlinear optical activity.

なお、前記一般式(2)で示される環状オレフィン系樹脂は、一般式(1)で示される単量体におけるmが1、pが0、R1がCOOY、R2がX、R3及びR4が水素原子である複環状オレフィンの開環重合物の水素添加体に相当する。 In the cyclic olefin resin represented by the general formula (2), m in the monomer represented by the general formula (1) is 1, p is 0, R 1 is COOY, R 2 is X, R 3 and It corresponds to a hydrogenated product of a ring-opened polymer of bicyclic olefin in which R 4 is a hydrogen atom.

一般式(1)で示される複環状オレフィン、一般式(2)で示される繰り返し単位の具体例としては、「特開2001−324618号公報」、「機能材料、2000年、20巻、8号、16〜22頁」等に記載されているものが挙げられる。これらの中では、XとYとが共にメチル基である一般式(2)で表される環状オレフィン樹脂などが、複屈折が小さくアモルファス性が高い等の点で特に好ましい。   Specific examples of the bicyclic olefin represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) include “JP 2001-324618 A”, “Functional Materials, 2000, Vol. 20, No. 8. , Pp. 16-22, etc. Among these, a cyclic olefin resin represented by the general formula (2) in which X and Y are both methyl groups is particularly preferable in terms of low birefringence and high amorphousness.

本発明における環状オレフィン系樹脂の合成方法としては、「特開2001−324618号公報」に記載の開環重合法等が利用可能である。
例えば、1種以上の前記一般式(1)で示される複環状オレフィンを開環(共)重合させることによって、環状オレフィン系樹脂を得ることができる。また、1種以上の前記一般式(1)で示される複環状オレフィンと、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘプテン、シクロオクテン等の任意の環状オレフィンとを開環共重合することによっても環状オレフィン系樹脂を得ることができる。なお、これらの開環(共)重合によって得られる環状オレフィン系樹脂には、炭素−炭素二重結合が存在し化学的安定性に劣るため、該炭素−炭素二重結合に対して水素添加等の化学変性を施し飽和体とすることが好ましい。
As a method for synthesizing the cyclic olefin resin in the present invention, the ring-opening polymerization method described in “JP 2001-324618 A” or the like can be used.
For example, a cyclic olefin-based resin can be obtained by ring-opening (co) polymerizing one or more bicyclic olefins represented by the general formula (1). Moreover, a cyclic olefin resin is also obtained by ring-opening copolymerization of one or more bicyclic olefins represented by the general formula (1) and any cyclic olefin such as cyclobutene, cyclopentene, cycloheptene, and cyclooctene. be able to. The cyclic olefin resins obtained by ring-opening (co) polymerization have a carbon-carbon double bond and are inferior in chemical stability. It is preferable to carry out chemical modification of to make a saturated product.

開環(共)重合反応は、一般にメタセシス触媒を用いることによって行うことができる。また、水素添加反応は、開環(共)重合体を含む溶液に水素添加触媒を添加し、これに常圧〜300気圧の水素ガスを作用させることによって行うことができる。なお、水素添加触媒としては、特に制限はないが、パラジウム、白金、Wilkinson錯体等が好適である。   The ring-opening (co) polymerization reaction can generally be performed by using a metathesis catalyst. The hydrogenation reaction can be carried out by adding a hydrogenation catalyst to a solution containing a ring-opening (co) polymer and allowing hydrogen gas at normal pressure to 300 atm to act thereon. In addition, although there is no restriction | limiting in particular as a hydrogenation catalyst, Palladium, platinum, Wilkinson complex, etc. are suitable.

また、1種以上の前記一般式(1)で示される複環状オレフィンを、Ziegler触媒あるいはメタロセン触媒を用いて付加(共)重合することによっても、本発明における環状オレフィン系樹脂を得ることができる。   Further, the cyclic olefin-based resin in the present invention can also be obtained by addition (co) polymerizing one or more kinds of the bicyclic olefin represented by the general formula (1) using a Ziegler catalyst or a metallocene catalyst. .

このとき、エチレン、プロピレン、ブタジエン、シクロヘキセン、1,5−ヘキサジエン、テトラフルオロエチレン等のオレフィン誘導体;スチレン、ビニルナフタレン、4−クロロメチルスチレン、4−ヒドロキシスチレン等のスチレン誘導体;マレイミド、N−フェニルマレイミド等のマレイミド誘導体、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート等のアクリル酸誘導体;等の任意の不飽和二重結合含有化合物を添加し、共重合化させてもよい。   At this time, olefin derivatives such as ethylene, propylene, butadiene, cyclohexene, 1,5-hexadiene, tetrafluoroethylene; styrene derivatives such as styrene, vinylnaphthalene, 4-chloromethylstyrene, 4-hydroxystyrene; maleimide, N-phenyl Any unsaturated double bond-containing compound such as maleimide derivatives such as maleimide, acrylic acid derivatives such as methyl acrylate, methyl methacrylate, and hydroxyethyl methacrylate; may be added and copolymerized.

本発明における環状オレフィン樹脂の分子量としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が2千〜100万の範囲であることが好ましく、Mwは1万〜50万の範囲であることがより好ましい。   As the molecular weight of the cyclic olefin resin in the present invention, the polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) measured by gel permeation chromatography (GPC) is preferably in the range of 2,000 to 1,000,000, and Mw is 10,000 to 10,000. A range of 500,000 is more preferable.

また、本発明における環状ポリオレフィン系樹脂のガラス転移温度は、100〜300℃の範囲であることが好ましく、150〜250℃の範囲であることがより好ましい。
なお、本発明において、前記高分子バインダー及び後述する有機非線形光学材料のガラス転移温度の測定には、示差走査熱量計(DSC)を用い、室温から毎分10℃の昇温速度で測定を行った時の、吸熱過程の立ち上がり部分の勾配とベースラインとの交点に相当する温度をガラス転移温度とした。
Moreover, it is preferable that the glass transition temperature of cyclic polyolefin resin in this invention is the range of 100-300 degreeC, and it is more preferable that it is the range of 150-250 degreeC.
In the present invention, a differential scanning calorimeter (DSC) is used to measure the glass transition temperature of the polymer binder and the organic nonlinear optical material described later, and is measured from room temperature at a heating rate of 10 ° C. per minute. The temperature corresponding to the intersection between the slope of the rising end of the endothermic process and the baseline was taken as the glass transition temperature.

また、本発明における環状ポリオレフィン系樹脂の複屈折率は、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましい。なお、上記複屈折率は厚み1.2mmの円板成形品に対してエリプソメーターを用い測定したレターデーション値である。   In addition, the birefringence of the cyclic polyolefin resin in the present invention is preferably 100 nm or less, and more preferably 50 nm or less. The birefringence is a retardation value measured with an ellipsometer on a disk molded product having a thickness of 1.2 mm.

さらに、本発明における環状ポリオレフィン系樹脂の吸水率は、飽和吸水率として2質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがより好ましい。   Furthermore, the water absorption rate of the cyclic polyolefin-based resin in the present invention is preferably 2% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less as a saturated water absorption rate.

(非線形光学活性を有する有機化合物)
本発明に用いる非線形光学活性を有する有機化合物としては、特に制約はなく、「Jounal of the American Chemical Society、1993年、115巻、26号、12599〜12600頁」、「Industrial & Engineering Chemistry Research、1999年、38巻、1号、8〜33頁」、「Chemistry of Materials、2002年、14巻、11号、4669〜4675頁」等に記載の非線形光学活性化合物を利用することが可能である。
(Organic compound having nonlinear optical activity)
The organic compound having nonlinear optical activity used in the present invention is not particularly limited, and is described in “Jounal of the American Chemical Society, 1993, 115, 26, 12599-12600”, “Industrial & Engineering Chemistry Research, 1999. Year, Vol. 38, No. 1, pp. 8-33 ”,“ Chemistry of Materials, 2002, Vol. 14, No. 11, pp. 4669-4675 ”and the like can be used.

特に本発明においては、下記一般式(3)で示される3級アミン誘導体を用いることによって、非線形光学性能、樹脂バインダーとの相溶性、化学的安定性、耐熱性等の点で好ましい効果が発揮される。   In particular, in the present invention, the use of a tertiary amine derivative represented by the following general formula (3) exhibits favorable effects in terms of nonlinear optical performance, compatibility with a resin binder, chemical stability, heat resistance, and the like. Is done.

Figure 2005227378
Figure 2005227378

上記式中、Z1及びZ2はそれぞれ互いに独立に一価の有機基であり、L1は置換または無置換の芳香族基であり、L2はπ共役基であり、Aは電子吸引性基である。また、Z1、Z2、及びL1は任意のいずれかが連結して環構造を形成してもい。さらにまた、L2はL1またはAと連結して環構造を形成してもよい。 In the above formula, Z 1 and Z 2 are each independently a monovalent organic group, L 1 is a substituted or unsubstituted aromatic group, L 2 is a π-conjugated group, and A is an electron-withdrawing group. It is a group. Also, any one of Z 1 , Z 2 and L 1 may be linked to form a ring structure. Furthermore, L 2 may be linked to L 1 or A to form a ring structure.

前記一般式(3)で示される3級アミン誘導体の具体例としては、下記(3−1)〜(3−12)に示す化合物が挙げられる。なお、これらにおいて「Me」はメチル基、「Et」はエチル基、「Bu」はブチル基、「tBu」はターシャリーブチル基、「Ac」はアセチル基を各々表す。 Specific examples of the tertiary amine derivative represented by the general formula (3) include compounds shown in the following (3-1) to (3-12). In these, “Me” represents a methyl group, “Et” represents an ethyl group, “Bu” represents a butyl group, “ t Bu” represents a tertiary butyl group, and “Ac” represents an acetyl group.

Figure 2005227378
Figure 2005227378

なお、本発明に用いられる非線形光学活性を有する有機化合物の昇華温度は、120℃以上であることが好ましく、170℃以上であることがより好ましい。昇華温度が充分に高い非線形光学活性を有する有機化合物を用いることにより、後述するポーリング処理において、非線形光学活性を有する有機化合物の昇華による消失を防ぐことができる。   The sublimation temperature of the organic compound having nonlinear optical activity used in the present invention is preferably 120 ° C. or higher, and more preferably 170 ° C. or higher. By using an organic compound having nonlinear optical activity having a sufficiently high sublimation temperature, disappearance due to sublimation of the organic compound having nonlinear optical activity can be prevented in the poling treatment described later.

以上述べたような、本発明に用いられる環状オレフィン系樹脂と非線形光学活性を有する有機化合物との組み合わせとしては、非線形光学性能、膜の均質性、分子の配向性、安定性等の観点から、例えば前記一般式(2)で示される繰り返し単位を含む環状オレフィン系樹脂に対し、前記一般式(3)で示される3級アミン中、(3−7)、(3−8)などの構造の化合物を用いることが好ましい。   As described above, as a combination of the cyclic olefin resin used in the present invention and the organic compound having nonlinear optical activity, from the viewpoint of nonlinear optical performance, film homogeneity, molecular orientation, stability, etc. For example, with respect to the cyclic olefin resin containing the repeating unit represented by the general formula (2), the tertiary amine represented by the general formula (3) has a structure such as (3-7) or (3-8). It is preferable to use a compound.

本発明の有機非線形光学材料は、少なくとも前記の環状オレフィン系樹脂と非線形光学活性を有する有機化合物とから形成される。その形態は、如何なるものでも構わないが、非線形光学素子への応用に当っては薄膜の形態にて利用されることが一般的である。本発明の有機非線形光学材料からなる薄膜の作製方法としては、射出成形法、プレス成形法、ソフトリソグラフ法、湿式塗布法等の公知の手法が利用可能であるが、製造装置の簡便性、量産性、膜品質(膜厚の均一性、気泡等の欠陥の少なさ等)等の観点から、少なくとも前記環状オレフィン系樹脂と非線形光学活性を有する有機化合物とを有機溶剤に溶解させた溶液をスピンコート法、ブレードコート法、浸漬塗布法、スプレー塗布法、インクジェット塗布法等の手法により適当な基板上に塗布することによって成膜する湿式塗布法が好ましい。   The organic nonlinear optical material of the present invention is formed from at least the cyclic olefin resin and an organic compound having nonlinear optical activity. The form may be any form, but is generally used in the form of a thin film for application to a nonlinear optical element. As a method for producing a thin film made of the organic nonlinear optical material of the present invention, known methods such as an injection molding method, a press molding method, a soft lithography method, and a wet coating method can be used. Spinning a solution in which at least the cyclic olefin-based resin and an organic compound having nonlinear optical activity are dissolved in an organic solvent from the viewpoints of properties, film quality (thickness uniformity, few defects such as bubbles), etc. A wet coating method in which a film is formed by coating on an appropriate substrate by a method such as a coating method, a blade coating method, a dip coating method, a spray coating method, or an inkjet coating method is preferable.

上記湿式塗布法において用いる有機溶剤は、用いる環状オレフィン系樹脂と非線形光学活性を有する有機化合物とを溶解し得るものであれば如何なるものでも構わないが、その沸点が50〜200℃の範囲にあるものが好ましい。沸点が50℃未満の有機溶剤を用いると、塗布溶液の保管時に溶剤揮発が起こり塗布溶液の粘度が変化(上昇)してしまったり、塗布時に溶剤の揮発速度が早過ぎ結露が発生してしまったりする等の問題が顕著となる傾向にある。一方、沸点が200℃を超える有機溶剤を用いると、塗布後の溶剤除去が困難になり残存した有機溶剤が樹脂バインダーの可塑剤として働きガラス転移温度の低下を齎す等の問題が発生する場合がある。   The organic solvent used in the wet coating method may be anything as long as it can dissolve the cyclic olefin resin to be used and the organic compound having nonlinear optical activity, but the boiling point thereof is in the range of 50 to 200 ° C. Those are preferred. If an organic solvent with a boiling point of less than 50 ° C is used, solvent volatilization will occur during storage of the coating solution, and the viscosity of the coating solution will change (increase), or the solvent will volatilize too quickly during coating and condensation may occur. There is a tendency for problems such as looseness to become prominent. On the other hand, when an organic solvent having a boiling point exceeding 200 ° C. is used, it may be difficult to remove the solvent after coating, and the remaining organic solvent may act as a plasticizer for the resin binder and cause problems such as a decrease in glass transition temperature. is there.

好ましい有機溶剤の例としては、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、シクロヘキサノール、ジクロロエタン、トルエン、クロロベンゼン、キシレン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。なお、これらの有機溶剤は単独で用いても、複数を混合して用いてもよい。   Examples of preferred organic solvents include tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, diethylene glycol dimethyl ether, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, ethyl acetate, cyclohexanol, dichloroethane, toluene, chlorobenzene, xylene, N, N-dimethylformamide, N, N. -Dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, etc. are mentioned. These organic solvents may be used alone or in combination.

本発明の有機非線形光学材料において、非線形光学活性を有する有機化合物の含有量は、用いる非線形光学活性を有する有機化合物の種類、要求される非線形光学性能や機械的強度等によって異なるため一概には規定できないが、一般的に、環状オレフィン系樹脂に対して、1〜200質量%の範囲であることが好ましい。その理由は、1質量%未満では、十分な非線形光学性能が得られない場合が多く、また,200質量%を超えると、十分な機械的強度が得られない、非線形光学活性を有する有機化合物の凝集化あるいは結晶化が起こる等の問題が発生する傾向にあるためである。前記含有量のより好ましい範囲は5〜100質量%の範囲であり、さらに好ましくは20〜70質量%の範囲である。   In the organic nonlinear optical material of the present invention, the content of the organic compound having nonlinear optical activity varies depending on the type of the organic compound having nonlinear optical activity to be used, the required nonlinear optical performance, mechanical strength, etc. In general, it is preferably in the range of 1 to 200% by mass with respect to the cyclic olefin-based resin. The reason is that if the amount is less than 1% by mass, sufficient nonlinear optical performance cannot be obtained in many cases, and if it exceeds 200% by mass, sufficient mechanical strength cannot be obtained. This is because problems such as aggregation or crystallization tend to occur. The more preferable range of the content is in the range of 5 to 100% by mass, and further preferably in the range of 20 to 70% by mass.

本発明の有機非線形光学材料には、前記の環状オレフィン系樹脂と非線形光学活性を有する有機化合物の他に、必要に応じ種々の添加物を加えることができる。例えば、環状オレフィン系樹脂及び/または非線形光学活性を有する有機化合物の酸化劣化を抑制する目的で2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、ヒドロキノン等の公知の酸化防止剤を、環状オレフィン系樹脂及び/または非線形光学活性を有する有機化合物の紫外線劣化を抑制する目的で2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン等の公知の紫外線吸収剤を、塗布膜の表面平滑性を改善する目的でシリコーンオイル等の公知のレベリング剤を、あるいは、架橋硬化性官能基を有する環状オレフィン系樹脂を用いる場合にその架橋硬化を促進させる目的で公知の硬化触媒や硬化助剤を、さらには、環状オレフィン系樹脂と非線形光学活性を有する有機化合物とが連結性官能基を有する場合にその連結反応を促進させる目的で公知の反応触媒や反応助剤等を添加してもよい。   In addition to the cyclic olefin resin and the organic compound having nonlinear optical activity, various additives can be added to the organic nonlinear optical material of the present invention as necessary. For example, known antioxidants such as 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol and hydroquinone may be used for the purpose of suppressing oxidative degradation of cyclic olefin-based resins and / or organic compounds having nonlinear optical activity. For the purpose of suppressing ultraviolet degradation of an olefin resin and / or organic compound having nonlinear optical activity, a known ultraviolet absorber such as 2,4-dihydroxybenzophenone or 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone is used to smooth the surface of the coating film. A known leveling agent such as silicone oil for the purpose of improving the properties, or a known curing catalyst or curing aid for the purpose of accelerating the crosslinking and curing when a cyclic olefin resin having a crosslinking curable functional group is used. Furthermore, when the cyclic olefin resin and the organic compound having nonlinear optical activity have a linking functional group, The ligation reaction may be added a known reaction catalyst and reaction aid such as the purpose of accelerating the on.

本発明の有機非線形光学材料は、以上のようにして作製した塗布液等を、例えば前述のスピンコート法などによって薄膜として形成することによって作製される。前記のように、本発明においては樹脂バインダーとしてガラス転移温度が比較的高い環状オレフィン系樹脂を用いるが、作製された非線形光学活性を有する有機化合物を含む有機非線形光学材料としても、耐熱性等の観点からガラス転移温度が高いことが望ましい。
よって、上記有機非線形光学材料のガラス転移温度としては、80〜250℃の範囲とすることが好ましく、120〜200℃の範囲とすることがより好ましい。
The organic nonlinear optical material of the present invention is produced by forming the coating liquid produced as described above as a thin film by, for example, the above-described spin coating method. As described above, in the present invention, a cyclic olefin-based resin having a relatively high glass transition temperature is used as a resin binder. However, an organic nonlinear optical material containing an organic compound having nonlinear optical activity is also suitable for heat resistance and the like. From the viewpoint, it is desirable that the glass transition temperature is high.
Therefore, the glass transition temperature of the organic nonlinear optical material is preferably in the range of 80 to 250 ° C, more preferably in the range of 120 to 200 ° C.

樹脂分散系の有機非線形光学材料において2次の非線形光学活性を生起させるには、非線形光学活性を有する有機化合物を配向させる必要がある。このための配向法としては、樹脂分散系の有機非線形光学材料を、表面に配向膜を有する基板上に塗布し、該基配向膜の配向性により、樹脂分散系の有機非線形光学材料中の非線形光学活性を有する有機化合物の配向を誘起する方法がある。また、光ポーリング法、光アシスト電界ポーリング法、電界ポーリング法等の公知のポーリング法も有効に利用できる。これらの中でも、電界ポーリング法は、装置の簡便性、得られる配向度合いの高さ等の点で特に好ましい。   In order to produce secondary nonlinear optical activity in a resin-dispersed organic nonlinear optical material, it is necessary to orient an organic compound having nonlinear optical activity. As an alignment method for this purpose, a resin-dispersed organic nonlinear optical material is applied onto a substrate having an alignment film on the surface, and the nonlinearity in the resin-dispersed organic nonlinear optical material depends on the orientation of the base alignment film. There is a method for inducing the orientation of an organic compound having optical activity. Also, known polling methods such as an optical poling method, an optically assisted electric field poling method, and an electric field poling method can be used effectively. Among these, the electric field poling method is particularly preferable in terms of the simplicity of the apparatus and the high degree of orientation obtained.

上記電界ポーリング法は、非線形光学材料を一対の電極で挟み電界を印加するコンタクトポーリング法と、基板電極上の非線形光学材料の表面にコロナ放電を施し、帯電電界を印加するコロナポーリング法に大別される。電界ポーリング法は、非線形光学活性化合物の双極子モーメントと印加電界とのクーロン力によって、非線形光学活性化合物を印加電界方向に配向(ポーリング)させる配向法である。   The electric field poling method is roughly divided into a contact poling method in which a nonlinear optical material is sandwiched between a pair of electrodes and an electric field is applied, and a corona poling method in which a corona discharge is applied to the surface of the nonlinear optical material on the substrate electrode and a charging electric field is applied. Is done. The electric field poling method is an alignment method in which the nonlinear optically active compound is aligned (polled) in the direction of the applied electric field by the Coulomb force between the dipole moment of the nonlinear optically active compound and the applied electric field.

電界ポーリング法においては、一般的に、電界を印加した状態で、非線形光学材料のガラス転移温度付近の温度に加熱することによって非線形光学活性化合物の電界方向への配向移動を促進させ十分な配向が誘起された後、電界を印加した状態のまま室温まで冷却し該配向状態を凍結した上で、印加電界を除去する。しかしながら、この配向状態は基本的に熱力学的非平衡状態であるため、ガラス転移温度以下の温度であっても経時にて徐々にランダム化し、非線形光学活性が低下してしまうという根本的な問題を抱えている。   In the electric field poling method, generally, by applying an electric field and heating to a temperature in the vicinity of the glass transition temperature of the nonlinear optical material, the alignment movement in the electric field direction of the nonlinear optically active compound is promoted and sufficient alignment is achieved. After the induction, the applied electric field is removed after cooling to room temperature with the electric field applied and freezing the alignment state. However, since this orientation state is basically a thermodynamic nonequilibrium state, even if the temperature is lower than the glass transition temperature, it is gradually randomized over time, and the fundamental problem is that nonlinear optical activity decreases. Have

上記経時による配向状態のランダム化は、非線形光学材料の置かれる環境温度と前記ガラス転移温度との差が大きい程、緩やかに進行するため、ガラス転移温度の高い樹脂バインダーを用いることによって、実際の使用においては実質的にこの問題を解決することができる。本発明で用いる環状オレフィン系樹脂は、主鎖中のバルキーな脂環構造によって高いガラス転移温度を有しており、高い配向安定性を保証することができる。   Since the randomization of the orientation state over time progresses more gradually as the difference between the environmental temperature where the nonlinear optical material is placed and the glass transition temperature is larger, by using a resin binder having a higher glass transition temperature, In use, this problem can be substantially solved. The cyclic olefin resin used in the present invention has a high glass transition temperature due to the bulky alicyclic structure in the main chain, and can guarantee high alignment stability.

なお、ポーリングされたかどうかを確認する指標として、どれだけの非線形光学分子(一般に二色性を有する)が電界方向に配向したかを表す数値(オーダーパラメータ:φ)がある。具体的には、分子の向きがランダムになっている時の吸光度をA0、電界方向(膜厚方向)に配向させたときの吸光度をAtとした場合、φは1−(At/A0)で計算できるものである。   As an index for confirming whether or not the polling is performed, there is a numerical value (order parameter: φ) indicating how many nonlinear optical molecules (generally having dichroism) are oriented in the electric field direction. Specifically, when the absorbance when the orientation of the molecules is random is A0 and the absorbance when oriented in the electric field direction (film thickness direction) is At, φ is 1- (At / A0). It can be calculated.

上記オーダーパラメータは、全ての分子が完全に配向した理想的な状態では1、完全にランダムなときは0となる数値であり、値が大きいほど全体としての分子の配向度が高いことを表わす。この値を測定することにより、どれだけ効率よくポーリングできたかが判断でき、また、その安定性なども評価できる。   The order parameter is a numerical value that is 1 in an ideal state in which all molecules are perfectly oriented, and 0 when completely random, and indicates that the larger the value, the higher the degree of molecular orientation as a whole. By measuring this value, it can be determined how efficiently polling has been performed, and its stability can be evaluated.

<非線形光学素子>
本発明の非線形光学素子は、本発明の有機非線形光学材料を活用することを特徴とし、非線形光学効果に基き動作するものであれば如何なるものでもよく、その具体例としては、例えば、波長変換素子、フォトリフラクティブ素子、電気光学素子、等が挙げられる。特に好ましくは、2次の非線形光学効果に基き動作する光スイッチ、光変調器、位相シフト器等の電気光学素子である。
<Nonlinear optical element>
The nonlinear optical element of the present invention is characterized by utilizing the organic nonlinear optical material of the present invention and may be any element that operates based on the nonlinear optical effect. Specific examples thereof include, for example, a wavelength conversion element. , Photorefractive element, electro-optical element, and the like. Particularly preferable are electro-optical elements such as an optical switch, an optical modulator, and a phase shifter that operate based on a second-order nonlinear optical effect.

上記電気光学素子としては、非線形光学材料を基板上に形成し、入力電気シグナル用の電極対で挟み込む構造を有する素子として利用することが好ましい。
このような基板を構成する材料としては、アルミニウム、金、鉄、ニッケル、クロム、チタン等の金属;シリコン、酸化チタン、酸化亜鉛、ガリウム−ヒ素などの半導体;ガラス;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルケトン、ポリイミド等のプラスティック;等を用いることができる。
The electro-optical element is preferably used as an element having a structure in which a nonlinear optical material is formed on a substrate and sandwiched between electrode pairs for input electric signals.
As a material constituting such a substrate, metals such as aluminum, gold, iron, nickel, chromium, and titanium; semiconductors such as silicon, titanium oxide, zinc oxide, and gallium-arsenic; glass; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, Plastics such as polycarbonate, polysulfone, polyetherketone, polyimide, etc. can be used.

これらの基板材料の表面には、導電性膜が形成されていてもよく、該導電性膜の材料としては、アルミニウム、金、ニッケル、クロム、チタン等の金属;酸化スズ、酸化インジウム、ITO(酸化スズ−酸化インジウム複合酸化物)等の導電性酸化物;ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアセチレン等の導電性高分子等が用いられる。これらの導電性膜は、蒸着、スパッタリング等の公知の乾式成膜法や、浸漬塗布や電解析出等の公知の湿式成膜法を利用して形成され、必要に応じてパターンが形成されていてもよい。なお、導電性基板、あるいは、上記したように基板上に形成された導電性膜は、ポーリング時や素子としての動作時の電極(以下、「下部電極」と略す)として利用される。   A conductive film may be formed on the surface of these substrate materials. Examples of the material of the conductive film include metals such as aluminum, gold, nickel, chromium, and titanium; tin oxide, indium oxide, ITO ( Conductive oxides such as tin oxide-indium oxide composite oxide); conductive polymers such as polythiophene, polyaniline, polyparaphenylene vinylene, and polyacetylene. These conductive films are formed by using a known dry film forming method such as vapor deposition or sputtering, or a known wet film forming method such as dip coating or electrolytic deposition, and a pattern is formed as necessary. May be. Note that the conductive substrate or the conductive film formed on the substrate as described above is used as an electrode at the time of polling or operation as an element (hereinafter abbreviated as “lower electrode”).

基板表面にはさらに、必要に応じて、その上に形成される膜と基板との接着性を向上させるための接着層、基板表面の凹凸を平滑化するためのレベリング層、あるいはこれらの機能を一括して提供する何らかの中間層が形成されていてもよい。このような膜を形成する材料としては、特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、アミド樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、ビニルアルコール樹脂、アセタール樹脂等およびそれらの共重合物;ジルコニウムキレート化合物、チタンキレート化合物、シランカップリング剤等の架橋物およびそれらの共架橋物;等の公知のものを用いることができる。   The substrate surface is further provided with an adhesive layer for improving the adhesion between the film formed on the substrate and the substrate, a leveling layer for smoothing irregularities on the substrate surface, or these functions, if necessary. Some intermediate layer provided in a lump may be formed. The material for forming such a film is not particularly limited, and examples thereof include acrylic resins, methacrylic resins, amide resins, vinyl chloride resins, vinyl acetate resins, phenol resins, urethane resins, vinyl alcohol resins, acetal resins, and the like. Known products such as a crosslinked product of zirconium chelate compound, titanium chelate compound, silane coupling agent and the like, and a co-crosslinked product thereof can be used.

本発明の非線形光学素子である電気光学素子は、導波路構造を含むものとして形成することが好ましく、本発明の非線形光学材料を、導波路のコア層に含有させることが特に好ましい。   The electro-optical element which is the nonlinear optical element of the present invention is preferably formed to include a waveguide structure, and it is particularly preferable that the nonlinear optical material of the present invention is contained in the core layer of the waveguide.

本発明の非線形光学材料を含有するコア層と基板との間には、クラッド層(以下、「下部クラッド層」と略す)が形成されていてもよい。この下部クラッド層としては、コア層よりも屈折率が低く、コア層形成の際に侵されないものであれば如何なるものでもよい。このようなものとして、アクリル系、エポキシ系、シリコーン系等のUV硬化性あるいは熱硬化性の樹脂;ポリイミド;ガラス等が好ましく使用される。   A clad layer (hereinafter abbreviated as “lower clad layer”) may be formed between the core layer containing the nonlinear optical material of the present invention and the substrate. The lower cladding layer may be any layer as long as it has a lower refractive index than the core layer and is not affected by the formation of the core layer. As such materials, UV curable or thermosetting resins such as acrylic, epoxy, and silicone; polyimide; glass and the like are preferably used.

本発明の非線形光学材料によるコア層を形成した後、さらにその上部にクラッド層(以下、「上部クラッド層」と略す)を下部クラッド層と同様にして形成してもよい。これにより、基板/下部クラッド層/コア層/上部クラッド層、という構成のスラブ型導波路が形成される。   After the core layer made of the nonlinear optical material of the present invention is formed, a clad layer (hereinafter, abbreviated as “upper clad layer”) may be further formed thereon in the same manner as the lower clad layer. As a result, a slab waveguide having a structure of substrate / lower cladding layer / core layer / upper cladding layer is formed.

コア層を形成した後、反応性イオンエッチング(RIE)、フォトリソグラフィー、電子線リソグラフィー等の半導体プロセス技術を用いた公知の方法によりコア層をパターニングし、チャネル型導波路あるいはリッジ型導波路を形成することもできる。あるいは、コア層の一部にUV光、電子線等をパターニングして照射することにより、照射部分の屈折率を変化させてチャネル型導波路を形成することもできる。また、下部クラッド層に対してパターニングを施し、その上にコア層を形成することで、逆リッジ型導波路を形成することもできる。   After forming the core layer, the core layer is patterned by a known method using a semiconductor process technology such as reactive ion etching (RIE), photolithography, electron beam lithography, etc. to form a channel type waveguide or a ridge type waveguide You can also Alternatively, a channel-type waveguide can be formed by changing the refractive index of the irradiated portion by patterning and irradiating a part of the core layer with UV light, an electron beam or the like. Further, by patterning the lower cladding layer and forming a core layer thereon, an inverted ridge waveguide can be formed.

前記上部クラッド層の表面に入力電気シグナルを印加するための電極(以下、「上部電極」と略す)を、前記上部クラッド層の所望の領域に形成することで基本的な電気光学素子を形成することができる。   A basic electro-optic element is formed by forming an electrode (hereinafter referred to as “upper electrode”) for applying an input electric signal to the surface of the upper cladding layer in a desired region of the upper cladding layer. be able to.

上記のようにしてチャネル型導波路やリッジ型導波路あるいは逆リッジ型導波路を形成する際、コア層のパターンとしては、直線型、Y分岐型、方向性結合器型、Mach−Zehnder型等の公知のデバイス構造を構成することができ、光スイッチ、光変調器、位相シフト器等の公知の光情報通信用デバイスへの適用が可能である。   When forming a channel-type waveguide, a ridge-type waveguide, or an inverted ridge-type waveguide as described above, the core layer pattern may be a linear type, a Y-branch type, a directional coupler type, a Mach-Zehnder type, or the like. And can be applied to known optical information communication devices such as an optical switch, an optical modulator, and a phase shifter.

以下に、実施例を挙げ本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はそれらによって制限されるものではない。
<実施例1>
(有機非線形光学材料の作製)
表面に金製の平行電極対(電極間距離:20μm)が備えられたガラス基板(2cm×2cm)上に、前記一般式(2)で示される繰り返し単位を含む重合物の一種である下記構造式の環状オレフィン系樹脂(JSR社製、商品名:Arton、ガラス転移温度:170℃、飽和吸水率:0.4質量%、複屈折:20nm)8質量部と、前記一般式(3)で示される3級アミン誘導体の一種である4−[N−エチル−N−(ヒドロキシエチル)]アミノ−4’−ニトロアゾベンゼン(Aldrich社製)2質量部とを、シクロペンタノン(沸点:130℃)90質量部に溶解させた溶液をスピンコート法により塗布し、100℃にて1時間、乾燥させ膜厚0.2μmの薄膜1を得た。
薄膜1は非常にクリアであり、前記3級アミン誘導体が均質に分散されていた。また、薄膜1のガラス転移温度は140℃であった。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
<Example 1>
(Production of organic nonlinear optical materials)
The following structure which is a kind of a polymer containing a repeating unit represented by the general formula (2) on a glass substrate (2 cm × 2 cm) provided with a pair of gold parallel electrodes (distance between electrodes: 20 μm) on the surface 8 parts by mass of the cyclic olefin resin of the formula (manufactured by JSR, trade name: Arton, glass transition temperature: 170 ° C., saturated water absorption: 0.4 mass%, birefringence: 20 nm), and the general formula (3) 4- [N-ethyl-N- (hydroxyethyl)] amino-4′-nitroazobenzene (manufactured by Aldrich), which is one of the tertiary amine derivatives shown, is added to cyclopentanone (boiling point: 130 ° C.). ) A solution dissolved in 90 parts by mass was applied by spin coating, and dried at 100 ° C. for 1 hour to obtain a thin film 1 having a thickness of 0.2 μm.
The thin film 1 was very clear, and the tertiary amine derivative was homogeneously dispersed. Moreover, the glass transition temperature of the thin film 1 was 140 degreeC.

Figure 2005227378
Figure 2005227378

次に、前記平行電極対間に50V/μmの電界を印加した状態で、前記薄膜1を150℃に30分間保持し、その状態から電界を印加したまま室温まで冷却した後電界を除去し、ポーリングを行った。薄膜1のポーリングの経時劣化については、作製直後のオーダーパラメーターと、10日間暗所に保管した後のオーダーパラメーターとがどちらとも0.35であり配向緩和が全く起こっていないことが確認された。   Next, in a state where an electric field of 50 V / μm is applied between the parallel electrode pairs, the thin film 1 is held at 150 ° C. for 30 minutes, and after cooling to room temperature while applying the electric field, the electric field is removed. Polling was performed. Regarding the deterioration with time of poling of the thin film 1, both the order parameter immediately after fabrication and the order parameter after storage in a dark place for 10 days were both 0.35, and it was confirmed that no orientation relaxation occurred.

なお、上記オーダーパラメーターは、ポーリング処理を行なわず、非線形光学活性化合物がランダムに配向している薄膜A、及びポーリング処理により非線形光学活性化合物が膜厚方向に配向している薄膜Bの両方に対して、薄膜A及び薄膜Bの作製直後に、吸収スペクトルを分光光度計(日立、U−3000)で測定し、薄膜A及び薄膜Bの可視域での吸収が最大になる波長λmaxから、下記式(1)により計算し求めた。   Note that the above order parameters are for both the thin film A in which the nonlinear optically active compound is randomly oriented without performing the poling treatment and the thin film B in which the nonlinear optically active compound is oriented in the film thickness direction by the poling treatment. Then, immediately after the production of the thin film A and the thin film B, the absorption spectrum is measured with a spectrophotometer (Hitachi, U-3000), and from the wavelength λmax at which the absorption in the visible region of the thin film A and the thin film B is maximized, Calculated by (1).

φ=1−At/A0 ・・・ 式(1)
(但し、式(1)中、φは、オーダーパラメーターを表し、Atは、ポーリング処理した薄膜Bの波長λmaxでの吸光度を表し、A0は、ポーリング処理を施さなかった薄膜Aの波長λmaxでの吸光度を表す。)
φ = 1−At / A0 Formula (1)
(In the formula (1), φ represents the order parameter, At represents the absorbance at the wavelength λmax of the polled thin film B, and A 0 represents the wavelength at the wavelength λmax of the thin film A not subjected to the polling treatment. Represents absorbance.)

(有機非線形光学材料の評価)
このようにして得られた電界ポーリングを施した本発明の有機非線形光学材料からなる薄膜1に、1064nmの発振波長を持つYAGレーザー光を照射したところ、2次の高調波(波長:503nm)に対応する緑色光の発生が確認でき、非線形光学材料として有効に機能することが確認できた。さらに、この有機非線形光学材料を60℃、80%RHの高温高湿環境に10日間保持した後に、再度、YAGレーザー光を照射したところ、初期と同等の強度を有する緑色光の発生が確認でき、この有機非線形光学材料が高い耐熱性、耐湿性ならびに経時安定性を有することが確認できた。
(Evaluation of organic nonlinear optical materials)
When the YAG laser light having an oscillation wavelength of 1064 nm is irradiated on the thin film 1 made of the organic nonlinear optical material of the present invention subjected to the electric field poling thus obtained, the second harmonic (wavelength: 503 nm) is applied. The generation of the corresponding green light was confirmed, and it was confirmed that it functions effectively as a nonlinear optical material. Furthermore, when this organic nonlinear optical material was kept in a high-temperature and high-humidity environment of 60 ° C. and 80% RH for 10 days and then irradiated again with YAG laser light, it was confirmed that green light having the same intensity as the initial generation was generated. It was confirmed that this organic nonlinear optical material has high heat resistance, moisture resistance and stability over time.

なお、高温高湿環境保持後の薄膜1を光学顕微鏡にて観察したところ、非常にクリアであり、3級アミン誘導体が環状オレフィン樹脂中に均質に分子分散されていることが確認できた。また、薄膜1をピンセットで突付いても剥離することなく、薄膜1が基板上に強固に密着していることが確認できた。   In addition, when the thin film 1 after high-temperature, high-humidity environment maintenance was observed with the optical microscope, it was very clear and it has confirmed that the tertiary amine derivative was uniformly molecularly dispersed in cyclic olefin resin. Moreover, even if the thin film 1 bumped with tweezers, it was confirmed that the thin film 1 was firmly adhered on the substrate without peeling off.

<比較例1>
実施例1の有機非線形光学材料の作製において、樹脂バインダーを環状オレフィン系樹脂からビスフェノールAポリカーボネート樹脂(Aldrich社製、ガラス転移温度:150℃、吸水率:0.4質量%、複屈折:60nm)に変更し、かつポーリング温度を130℃に変更した以外は、実施例1と同様にして電界ポーリングを施した有機非線形光学材料薄膜を作製した。
<Comparative Example 1>
In the production of the organic nonlinear optical material of Example 1, the resin binder was changed from a cyclic olefin resin to a bisphenol A polycarbonate resin (manufactured by Aldrich, glass transition temperature: 150 ° C., water absorption: 0.4 mass%, birefringence: 60 nm). And an organic nonlinear optical material thin film subjected to electric field poling was produced in the same manner as in Example 1 except that the poling temperature was changed to 130 ° C.

得られた薄膜を実施例1と同様にして評価したところ、初期には実施例1と同等の強度の2次高調波が観測できたが、60℃、80%RHの高温高湿環境に10日間保持した後では、明らかな強度の低下が認められた。なお、この薄膜を光学顕微鏡にて観察したところ、僅かではあるが3級アミン誘導体の微結晶が確認できた。また、この薄膜をピンセットで突付いたところ、簡単に基板上から剥離してしまった。   When the obtained thin film was evaluated in the same manner as in Example 1, initially, second harmonics having the same intensity as in Example 1 could be observed, but in a high-temperature and high-humidity environment of 60 ° C. and 80% RH, 10%. After holding for days, a clear decrease in strength was observed. In addition, when this thin film was observed with the optical microscope, the microcrystal of the tertiary amine derivative was confirmed although it was a little. Moreover, when this thin film was bumped with tweezers, it was easily peeled off from the substrate.

<比較例2>
実施例1の有機非線形光学材料の作製において、樹脂バインダーを環状オレフィン系樹脂からポリメチルメタクリレート樹脂(Aldrich社製、ガラス転移温度:90℃、吸水率:2.0質量%、複屈折:20nm)に変更し、かつポーリング温度を80℃に変更した以外は、実施例1と同様にして電界ポーリングを施した有機非線形光学材料薄膜を作製した。
<Comparative example 2>
In the production of the organic nonlinear optical material of Example 1, the resin binder was changed from a cyclic olefin resin to a polymethyl methacrylate resin (manufactured by Aldrich, glass transition temperature: 90 ° C., water absorption: 2.0 mass%, birefringence: 20 nm). And an organic nonlinear optical material thin film subjected to electric field poling was produced in the same manner as in Example 1 except that the poling temperature was changed to 80 ° C.

得られた薄膜を実施例1と同様にして評価したところ、初期には実施例1と同等の強度の2次高調波が観測できたが、60℃、80%RHの高温高湿環境に10日間保持後では、2次高調波の発生は全く認められなかった。   When the obtained thin film was evaluated in the same manner as in Example 1, initially, second harmonics having the same intensity as in Example 1 could be observed, but in a high-temperature and high-humidity environment of 60 ° C. and 80% RH, 10%. No generation of secondary harmonics was observed after holding for days.

<実施例2>
(非線形光学素子の作製)
表面に下部電極としてのITO導電性膜を形成したガラス基板(2cm×2cm)上に、UV硬化型アクリル樹脂(Norland社製、商品名:NOA72)をスピンコート法により塗布し、100mW/cm2の紫外光(ウシオ電機社製高圧水銀灯)を60秒間照射した後、120℃で30分間の加熱処理を行い、膜厚2μmの下部クラッド層を形成した。
<Example 2>
(Production of nonlinear optical elements)
On a glass substrate (2 cm × 2 cm) having an ITO conductive film as a lower electrode formed on the surface, UV curable acrylic resin (Norland, product name: NOA72) was applied by spin coating, and 100 mW / cm 2. Was irradiated for 60 seconds, followed by a heat treatment at 120 ° C. for 30 minutes to form a lower cladding layer having a thickness of 2 μm.

次に、前記下部クラッド層の表面に、実施例1で用いた環状オレフィン系樹脂と3級アミン誘導体とを含む溶液をスピンコート法により塗布し、100℃にて1時間乾燥させ、膜厚2μmのコア層を形成した。さらに、該コア層の表面に、下部クラッド層と同じUV硬化型アクリル樹脂を下部クラッド層と同様にして成膜して、膜厚が2μmの上部クラッド層を形成し、基板/下部クラッド層/コア層/上部クラッド層という構成のスラブ型導波路を作製した。   Next, a solution containing the cyclic olefin resin and the tertiary amine derivative used in Example 1 was applied to the surface of the lower clad layer by a spin coat method, dried at 100 ° C. for 1 hour, and a film thickness of 2 μm. The core layer was formed. Further, the same UV curable acrylic resin as that of the lower cladding layer is formed on the surface of the core layer in the same manner as the lower cladding layer to form an upper cladding layer having a thickness of 2 μm, and the substrate / lower cladding layer / A slab waveguide having a structure of core layer / upper clad layer was produced.

次いで、前記上部クラッド層の表面に、ストライプ状の金薄膜(ストライプ幅:20μm、ストライプ間隔:30μm)を、通常のフォトリソグラフ法ならびにスパッタリング法を用いて形成し、上部電極とした。   Next, a striped gold thin film (stripe width: 20 μm, stripe interval: 30 μm) was formed on the surface of the upper clad layer by using a normal photolithography method and a sputtering method to form an upper electrode.

以上のようにして得られたサンプルを、ダイサー(Disco社製)によって、幅5mmのチップに切断し、該切断面をサンドペーパーにて研摩し、断面が図1に示す構成の非線形光学素子を作製した。   The sample obtained as described above is cut into a chip having a width of 5 mm by a dicer (manufactured by Disco), the cut surface is polished with sandpaper, and a non-linear optical element having a cross section shown in FIG. Produced.

(非線形光学素子の評価)
次に、上記非線形光学素子の上部電極16と下部電極12との間に100V/μmの電界を印加し、150℃で30分間電界ポーリング処理を施した。
電界ポーリング処理を施した非線形光学素子が電気光学素子として機能することを確認するため、図2に示した評価系により電気光学特性評価を行った。
(Evaluation of nonlinear optical elements)
Next, an electric field of 100 V / μm was applied between the upper electrode 16 and the lower electrode 12 of the nonlinear optical element, and an electric field poling process was performed at 150 ° C. for 30 minutes.
In order to confirm that the nonlinear optical element subjected to the electric field poling process functions as an electro-optical element, the electro-optical characteristics were evaluated by the evaluation system shown in FIG.

図2に示す評価系は、光源21から半波長板及び偏光子23aを通したレーザー光(He−Neレーザー、発振波長:633nm)を、電気光学素子28の一方の端面(図における左側)から入射し、電気光学素子28中のコア層を伝播させ、他方の端面(図における右側)から出射した光を、ピンホール26及び偏光子23aと偏光面を揃えた偏光子23bを通した後に光検出器27によって検出するように構成されている。なお、図における24はレンズである。   In the evaluation system shown in FIG. 2, laser light (He-Ne laser, oscillation wavelength: 633 nm) that has passed through the half-wave plate and the polarizer 23a from the light source 21 is transmitted from one end face (left side in the figure) of the electro-optic element 28. Incident light is propagated through the core layer in the electro-optic element 28 and emitted from the other end face (the right side in the figure). The light passes through the pinhole 26 and the polarizer 23b having the same polarization plane as that of the light. The detector 27 is configured to detect. In the figure, reference numeral 24 denotes a lens.

電気光学素子28として前記のように作製した非線形光学素子を設置し、この上下部電極間に、電源25により電界を印加し、電界強度を0Vから20Vまで変化させたところ、電界強度の増加に伴い検出光強度が減少する挙動が確認できた。これは、前記非線形光学素子が電気光学効果を有し、電界印加に応じ偏光面の回転が生じたことによるものであり、この非線形光学素子が光変調器として有効に機能することを示すものである。さらに、この非線形光学素子を、65℃、80%RHの高温高湿環境に10日間保持した後に、再度、同様の評価を行ったところ、初期と同等の光変調特性が確認でき、本非線形光学素子が高い耐熱性、耐湿性、及び経時安定性を有することが確認できた。   When the non-linear optical element produced as described above is installed as the electro-optical element 28 and an electric field is applied between the upper and lower electrodes by the power source 25 and the electric field intensity is changed from 0 V to 20 V, the electric field intensity increases. Along with this, the behavior that the detected light intensity decreases was confirmed. This is because the nonlinear optical element has an electro-optic effect, and the polarization plane is rotated in response to the application of an electric field. This indicates that the nonlinear optical element functions effectively as an optical modulator. is there. Further, when this nonlinear optical element was kept in a high temperature and high humidity environment of 65 ° C. and 80% RH for 10 days, the same evaluation was performed again. It was confirmed that the device had high heat resistance, moisture resistance, and stability over time.

本発明の非線形光学素子の一例を示すの模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the nonlinear optical element of this invention. 非線形光学素子の評価系の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the evaluation system of a nonlinear optical element.

符号の説明Explanation of symbols

11 ガラス基板
12 下部電極
13 下部クラッド層
14 コア層
15 上部クラッド層
16 上部電極
21 レーザー光源
22 半波長板
23a、23b 偏光子(Glan-Thompsonプリズム)
24 レンズ
25 電源
26 ピンホール
27 光検出器
28 電気光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Glass substrate 12 Lower electrode 13 Lower clad layer 14 Core layer 15 Upper clad layer 16 Upper electrode 21 Laser light source 22 Half-wave plate 23a, 23b Polarizer (Glan-Thompson prism)
24 lens 25 power supply 26 pinhole 27 photodetector 28 electro-optic element

Claims (5)

非線形光学活性を有する有機化合物を樹脂バインダー中に含有させてなる有機非線形光学材料であって、前記樹脂バインダーが環状オレフィン系樹脂であることを特徴とする有機非線形光学材料。   An organic nonlinear optical material comprising an organic compound having nonlinear optical activity in a resin binder, wherein the resin binder is a cyclic olefin resin. 前記環状オレフィン系樹脂が、少なくとも下記一般式(1)で示される複環状オレフィンを含む単量体の重合物または該重合物の水素添加体であることを特徴とする請求項1に記載の有機非線形光学材料。
Figure 2005227378
(上記式中、R1〜R4はそれぞれ互いに独立に水素原子、ハロゲン原子、または一価の有機基であり、また任意の2つ以上が互いに連結して環構造を形成してもよい。m及びpはそれぞれ互いに独立に0または正の整数を表す。)
2. The organic material according to claim 1, wherein the cyclic olefin-based resin is a polymer of a monomer containing at least a bicyclic olefin represented by the following general formula (1) or a hydrogenated product of the polymer. Nonlinear optical material.
Figure 2005227378
(In the above formula, R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a monovalent organic group, and any two or more may be linked to each other to form a ring structure. m and p each independently represent 0 or a positive integer.)
前記一般式(1)で示される複環状オレフィンを含む重合物または該重合物の水素添加体が、下記一般式(2)で示される繰返し単位を含む重合物であることを特徴とする請求項2に記載の有機非線形光学材料。
Figure 2005227378
(上記式中、X及びYはそれぞれ互いに独立に水素原子、または置換または無置換のアルキル基を表す。)
The polymer containing a bicyclic olefin represented by the general formula (1) or a hydrogenated product of the polymer is a polymer containing a repeating unit represented by the following general formula (2). 2. The organic nonlinear optical material according to 2.
Figure 2005227378
(In the above formula, X and Y each independently represent a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group.)
前記非線形光学活性を有する有機化合物が、下記一般式(3)で示される3級アミン誘導体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の有機非線形光学材料。
Figure 2005227378
(上記式中、Z1及びZ2はそれぞれ互いに独立に一価の有機基であり、L1は置換または無置換の芳香族基であり、L2はπ共役基であり、Aは電子吸引性基である。また、Z1、Z2、及びL1は任意のいずれかが互いに連結して環構造を形成してもよい。さらにまた、L2はL1またはAと連結して環構造を形成してもよい。)
The organic nonlinear optical material according to claim 1, wherein the organic compound having nonlinear optical activity is a tertiary amine derivative represented by the following general formula (3).
Figure 2005227378
(In the above formula, Z 1 and Z 2 are each independently a monovalent organic group, L 1 is a substituted or unsubstituted aromatic group, L 2 is a π-conjugated group, and A is an electron-withdrawing group. Z 1 , Z 2 , and L 1 may be linked to each other to form a ring structure, and L 2 is linked to L 1 or A to form a ring. A structure may be formed.)
請求項1〜5のいずれかに記載の有機非線形光学材料を用いたことを特徴とする非線形光学素子。   A nonlinear optical element using the organic nonlinear optical material according to claim 1.
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