JP2651744B2 - Molecular crystal, light wavelength conversion method and module using the same - Google Patents

Molecular crystal, light wavelength conversion method and module using the same

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JP2651744B2 JP25319990A JP25319990A JP2651744B2 JP 2651744 B2 JP2651744 B2 JP 2651744B2 JP 25319990 A JP25319990 A JP 25319990A JP 25319990 A JP25319990 A JP 25319990A JP 2651744 B2 JP2651744 B2 JP 2651744B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は非線形光学材料として有用な分子性結晶に関
する。また、分子性結晶を非線形光学材料として用いた
光波長の変換方法および光波長変換モジュールに関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a molecular crystal useful as a nonlinear optical material. The present invention also relates to a light wavelength conversion method and a light wavelength conversion module using a molecular crystal as a nonlinear optical material.

(従来の技術) 近年、非線形光学材料−レーザー光のような強い光電
界を与えたときに現われる、分極と電界との間の非線形
性−を有した材料が注目を集めている。
2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on non-linear optical materials—materials having nonlinearity between polarization and electric field, which appear when a strong optical electric field such as laser light is applied.

かかる材料は、一般に非線形光学材料として知られて
おり、例えば次のものなどに詳しく記載されている。
“ノンリニア・オプティカル・プロパティーズ・オブ・
オーガニック・アンド・ポリメリック・マテリアル”エ
ー・シー・エス・シンポジウム・シリーズ233 デビッ
ト・ジェイ・ウイリアムス編(アメリカ化学協会1983年
刊)「“Nonlinear Optical Properties of Organic an
d Polymeric Material"ACS SYMPOSIUM SERIES 233 Davi
d J.Williams編(American Chemical Society,1983年
刊)」、「有機非線形光学材料」加藤正雄、中西八郎監
修(シー・エム・シー社、1985年刊、“ノンリニア・オ
プティカル・プロパティーズ・オブ・オーガニック・モ
レキュールズ・アンド・クリスタルズ”第1巻および第
2巻、ディー・エス・シュムラおよびジェイ・ジス編
(アカデミック・プレス社1987年刊)「“Nonlinear Op
tical Properties of Organic Molecules and Crystal
s"vol 1および2 D.S.Chemla and J.Zyss編(Academic P
ress社刊)。
Such materials are generally known as non-linear optical materials and are described in detail, for example, in:
“Nonlinear Optical Properties of
"Organic and Polymeric Materials," ACS Symposium Series 233, edited by David J. Williams (American Chemical Society, 1983), "Nonlinear Optical Properties of Organic an
d Polymeric Material "ACS SYMPOSIUM SERIES 233 Davi
d J. Williams (ed., American Chemical Society, 1983), “Organic Nonlinear Optical Materials,” edited by Masao Kato and Hachiro Nakanishi (CMC, Inc., 1985, “Nonlinear Optical Properties of Organic. "Moleculars and Crystals," Volumes 1 and 2, edited by D. S. Schmäller and J. Jis (Academic Press, 1987), "Nonlinear Op
tical Properties of Organic Molecules and Crystal
s "vol 1 and 2 edited by DSChemla and J. Zyss (Academic P
ress company).

非線形光学材料の用途の1つに、2次の非線形効果に
基づいた第2高調波発生(SHG)および和周波、差周波
を用いた波長変換デバイスがある。これまで実用上用い
られているものは、ニオブ酸リチウムに代表される無機
質のペロブスカイト類である。しかし最近になり、電子
供与基および電子吸引基を有するπ電子共役系有機化合
物は前述の無機質を大きく上回る、非線形光学材料とし
ての諸性能を有していることが知られるようになった。
One of the applications of the nonlinear optical material is a second harmonic generation (SHG) based on a second-order nonlinear effect and a wavelength conversion device using a sum frequency and a difference frequency. Until now, inorganic perovskites represented by lithium niobate have been practically used. However, recently, it has become known that a π-electron conjugated organic compound having an electron-donating group and an electron-withdrawing group has various properties as a nonlinear optical material, which greatly exceeds the aforementioned inorganic substances.

より高性能の非線形光学材料の形成には、分子状態で
の非線形感受率の高い化合物を、反転対称性を生じない
様に配列させる必要がある。このうちの一つである高い
非線形感受率の発現にはπ電子共役鎖の長い化合物が有
用であることが知られており、前述の文献にも種々記載
されているが、それらの化合物においては自明の如く吸
収極大波長が長波長化し、例えば青色光の透過率の低下
を招き、第二高調波としての青色光の発生に傷害とな
る。このことは、p−ニトロアニリン誘導体においても
生じており、第二高調波発生の効率にその波長の透過率
の影響が大きいことは、アライン・アゼマ他著、プロシ
ーディングス・オブ・エスピーアイイー、400巻、ニュ
ー・オプティカル・マテリアルズ(Alain Azems他著、P
roceedings of SPIE、400巻、New Optical Material
s),(1983)186頁第4図より明らかである。
In order to form a higher-performance nonlinear optical material, it is necessary to arrange compounds having a high nonlinear susceptibility in a molecular state so as not to cause inversion symmetry. It is known that a compound having a long π-electron conjugate chain is useful for expressing a high nonlinear susceptibility, which is one of them, and various descriptions have been given in the above-mentioned literature. As is obvious, the absorption maximum wavelength becomes longer, for example, causing a decrease in the transmittance of blue light, which hinders the generation of blue light as a second harmonic. This also occurs in the p-nitroaniline derivative, and the effect of the transmittance at that wavelength on the efficiency of second harmonic generation is large, as described in Alignment Azema et al., Proceedings of SPII, 400 volumes, New Optical Materials (Alain Azems et al., P
roceedings of SPIE, 400 volumes, New Optical Material
s), (1983), page 186, FIG.

従って青色光に対する透過率の高い非線形光学材料の
出現が望まれている。従来、ニトロアニリンのベンゼン
核の炭素原子を窒素原子などで置き換えることが検討さ
れて来たが必ずしも満足のいく結果は得られていない。
Therefore, the emergence of a nonlinear optical material having a high transmittance for blue light is desired. Conventionally, it has been studied to replace the carbon atom of the benzene nucleus of nitroaniline with a nitrogen atom or the like, but a satisfactory result has not always been obtained.

また、本出願人はより優れた方法について、特開昭62
−210430号および特開昭62−210432号公報にて開示し
た。
In addition, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Application
-210430 and JP-A-62-210432.

更に、特開昭62−59934号、特開昭63−23136号、特開
昭63−26638号、特公昭63−31768号、特開昭63−163827
号、特開昭63−146025号、特開昭63−85526号、特開昭6
3−239427号、特開平1−100521号、特開昭64−56425
号、特開平1−102529号、特開平1−102530号、特開平
1−237625号、特開平1−207724号公報などに多くの材
料が開示されている。
Further, JP-A-62-59934, JP-A-63-23136, JP-A-63-26638, JP-B-63-31768, JP-A-63-163827
No., JP-A-63-146025, JP-A-63-85526, JP-A-63-85526
3-239427, JP-A-1-100521, JP-A-64-56425
Many materials are disclosed in, for example, JP-A-1-102529, JP-A-1-102530, JP-A-1-237625, and JP-A-1-207724.

しかしながら、先に述べたように2次の非線形光学材
料として有用であるためには、分子状態での性能のみで
は不十分であり、集合状態での分子配列に反転対称性の
無いことが必須である。しかるに現状では分子配列を予
想することは極めて困難であり、また全有機化合物中で
の存在確率も高いのではない。
However, as described above, in order to be useful as a second-order nonlinear optical material, performance in the molecular state alone is not sufficient, and it is essential that the molecular arrangement in the aggregated state has no inversion symmetry. is there. However, at present, it is extremely difficult to predict the molecular arrangement, and the probability of existence in all organic compounds is not high.

また、波長変換のための素子として用いる場合には、
結晶中での分子の配列を十分考慮する必要があるもの
の、上記のものの多くはその点の考慮が必ずしも十分に
されていない。更に、現在に至るまで有機非線形光学材
料を用いた波長変換素子が商品として世に出現していな
い。
When used as an element for wavelength conversion,
Although it is necessary to sufficiently consider the arrangement of molecules in a crystal, many of the above-mentioned ones do not always take this point into consideration. Further, up to the present, a wavelength conversion element using an organic nonlinear optical material has not yet appeared as a commercial product.

この理由としては、例えば下記のことが考えられる。 The reason for this can be considered, for example, as follows.

上記のような非線形光学材料を用いてファイバー型の
光波長変換素子を形成する場合、各材料の最大の非線形
光学定数を利用し得る方向に結晶が配向しないので、結
局その光波長変換素子の波長変換効率はさほど高くない
ものとなってしまう。
When a fiber-type optical wavelength conversion element is formed using the above-described nonlinear optical material, the crystals are not oriented in a direction that can utilize the maximum nonlinear optical constant of each material, and eventually the wavelength of the optical wavelength conversion element is used. The conversion efficiency is not very high.

また光波長変換素子の波長変換効率は素子が長いほど
高くなるが、上述のような材料は均一な単結晶を得るの
が難しく、そのため長い光波長変換素子を作成するのに
は不向きであるという問題もある。
Also, the wavelength conversion efficiency of an optical wavelength conversion element increases as the element lengthens, but it is difficult to obtain a uniform single crystal from the above materials, and thus it is not suitable for producing a long optical wavelength conversion element. There are also problems.

(発明が解決しようとする課題) 従って本発明の第一の目的は、青色光透過性に優れ且
つ反転対称性のない波長変換素子に適した分子配列を有
する分子性結晶を提供することである。第二の目的は、
非線形応答性のうち光波長の変換に関する応答性を利用
した方法を提供することにある。第三の目的は、波長変
換効率が高く、そして青色領域の第2高調波も容易に得
ることができる光波長変換モジュールを提供することを
目的とするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) Accordingly, a first object of the present invention is to provide a molecular crystal having a molecular arrangement suitable for a wavelength conversion element having excellent blue light transmittance and no inversion symmetry. . The second purpose is
It is an object of the present invention to provide a method that utilizes a response related to conversion of an optical wavelength among nonlinear responses. A third object is to provide an optical wavelength conversion module that has high wavelength conversion efficiency and can easily obtain the second harmonic in the blue region.

(課題を解決するための手段) 本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、下記の式
(I)で表わされる分子によって構成されることを特徴
とする分子性結晶により、本発明の目的が達成可能なこ
とを見出した。
(Means for Solving the Problems) As a result of intensive studies, the present inventors have obtained a molecular crystal characterized by being constituted by a molecule represented by the following formula (I). Was found achievable.

式(I) 式(I)の化合物は一般的には下記の方法にて合成可
能である。すなわち、3,5−ジメチル−1H−1,2,4−トリ
アゾールと2−クロロ−5−ニトロピリジンとの反応に
よって得ることができる。溶媒としては、n−ヘキサン
のような炭化水素、テトラヒドロフラン、1,2−ジメト
キシエタンのようなエーテル、N,N−ジメチルホルムア
ミド、N−メチルピロリドンのようなアミド、ジメチル
スルホキシド、スルホランのような含硫黄化合物、アセ
トニトリルのようなニトリル、酢酸エチルのようなエス
テルなどが用いられる。中でもアミド、含硫黄化合物、
ニトリルが好ましい。反応の際塩基を用いることが好ま
しく、用いる塩基としては、ピリジン、トリエチルアミ
ン、1,8−ジアザビシクロ〔5,4,0〕−7−ウンデセンの
ような有機塩基、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、
水酸化ナトリウムのような無機塩基のいずれでもよい。
また反応温度は−10℃ないし150℃、好ましくは20℃な
いし100℃が望ましい。
Formula (I) The compound of the formula (I) can be generally synthesized by the following method. That is, it can be obtained by a reaction between 3,5-dimethyl-1H-1,2,4-triazole and 2-chloro-5-nitropyridine. Examples of the solvent include hydrocarbons such as n-hexane, ethers such as tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, amides such as N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, and sulfolane. Sulfur compounds, nitriles such as acetonitrile, esters such as ethyl acetate and the like are used. Among them, amides, sulfur-containing compounds,
Nitriles are preferred. In the reaction, it is preferable to use a base, and as the base to be used, pyridine, triethylamine, an organic base such as 1,8-diazabicyclo [5,4,0] -7-undecene, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate,
Any inorganic base such as sodium hydroxide may be used.
The reaction temperature is preferably -10 ° C to 150 ° C, more preferably 20 ° C to 100 ° C.

次に一例を示す。 Next, an example will be described.

合成例 式(I)の化合物の合成 3,5−ジメチル−1H−1,2,4−トリアゾール48.5g(0.5
モル)、2−クロロ−5−ニトロピリジン79.3g(0.5モ
ル)、炭酸カリウム69.0g(0.5モル)を攪拌機および温
度計を備えた500ml三ツ口フラスコに秤取し、更に250ml
のジメチルスルホキシド(DMSO)を加えた。50℃で5時
間攪拌を続けた後室温まで放冷し、500mlの氷水に注い
だ。析出した結晶を濾取し、水洗した。この結晶を活性
炭による脱色操作を加えながらアセトンにて再結晶を2
回行ない、式(I)の化合物を得た。収量48g(収率43.
8%) 融点:147℃ ′H−nmr(δppm):2,433(3H s),2,914(3H s),
8,069(1H d),8,617(1H dd),9,316(1H d) 次にここで得られた粉末を単結晶化するわけである
が、単結晶化の方法としては、溶媒蒸発法、温度降下
法、蒸気拡散法などの溶液法、ブリッジマン法などの融
液法、また昇華による方法が挙げられる。
Synthesis example Synthesis of compound of formula (I) 4,5-dimethyl-1H-1,2,4-triazole 48.5 g (0.5
Mol), 79.3 g (0.5 mol) of 2-chloro-5-nitropyridine and 69.0 g (0.5 mol) of potassium carbonate were weighed into a 500 ml three-necked flask equipped with a stirrer and a thermometer, and further 250 ml.
Of dimethyl sulfoxide (DMSO) was added. After stirring at 50 ° C. for 5 hours, the mixture was allowed to cool to room temperature and poured into 500 ml of ice water. The precipitated crystals were collected by filtration and washed with water. The crystals were recrystallized with acetone while decolorizing with activated carbon.
Work-up gave the compound of formula (I). Yield 48 g (yield 43.
8%) Melting point: 147 ° C 'H-nmr (δppm): 2,433 (3Hs), 2,914 (3Hs),
8,069 (1Hd), 8,617 (1Hdd), 9,316 (1Hd) Next, the powder obtained here is single-crystallized. The method of single crystallization is a solvent evaporation method and a temperature drop method. , A solution method such as a vapor diffusion method, a melt method such as a Bridgman method, and a method by sublimation.

単結晶化に際しては、結晶工学ハンドブック編集委員
会編“結晶工学ハンドブック(共立出版、1971年刊)第
VII編、第8章の記載を参考にして行なうことができ
る。
For single crystallization, see “Crystal Engineering Handbook (Kyoritsu Shuppan, 1971)” edited by the Editing Committee for Crystal Engineering Handbook.
This can be done by referring to the description in Chapter VII, Chapter 8.

波長変換の方法には、適当な大きさの単結晶を用い、
角度位相整合や温度位相整合によるもの、導波路を用い
たチェレンコフ放射による方法などがある。
For the wavelength conversion method, use a single crystal of appropriate size,
There are methods based on angular phase matching and temperature phase matching, and methods based on Cherenkov radiation using a waveguide.

後者の例としては、ファイバー型の光波長変換素子と
光源装置とから構成されたものがあり、本発明の場合に
は上記光波長変換素子のコアとしては式(I)で示され
る非線形光学材料を単結晶状態にして用い、またこのコ
アを構成する(I)の結晶配向方向を、そのa軸が略コ
アの長軸方向に延びる向きに設定し、一方光源装置は、
上記b軸と直交する結晶のb軸あるいはc軸の方向に直
線偏光した基本波を光波長変換素子に入射させるように
構成したことを特徴とするものである。
As an example of the latter, there is a fiber optical wavelength conversion element and a light source device. In the case of the present invention, the core of the optical wavelength conversion element is a nonlinear optical material represented by the formula (I). Is used in a single crystal state, and the crystal orientation direction of (I) constituting the core is set so that the a-axis thereof extends substantially in the major axis direction of the core.
It is characterized in that a fundamental wave linearly polarized in the direction of the b-axis or c-axis of the crystal orthogonal to the b-axis is incident on the light wavelength conversion element.

基本波として用いるレーザ光源としては例えば表1の
ものが挙げられる。なお、基本波の波長に関しては前述
した材料の吸収による影響を除いては何ら制限されな
い。このことは、レーザ・アンド・オプトロニクス(La
ser & Optronics)59頁(1987年11月刊)より明らかで
ある。
As a laser light source used as a fundamental wave, for example, those shown in Table 1 can be mentioned. The wavelength of the fundamental wave is not limited at all except for the influence of the absorption of the material described above. This is because laser and optronics (La
Ser & Optronics), p. 59 (November 1987).

(実施例) 次に本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。
(Examples) Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1 上記の方法によって得られた式(I)の化合物をテト
ラヒドロフランに溶解し、溶媒蒸発法によりほぼ無色透
明の柱状結晶を得た。大きさは最大のもので3mm×1mm×
0.5mmであった。
Example 1 The compound of the formula (I) obtained by the above method was dissolved in tetrahydrofuran, and a substantially colorless and transparent columnar crystal was obtained by a solvent evaporation method. The largest one is 3mm x 1mm x
It was 0.5 mm.

同時に得られた小さめの結晶を整形し(第1図)X線
結晶構造解析を行なった。以下にその結果を示す。
At the same time, the obtained smaller crystals were shaped (FIG. 1) and subjected to X-ray crystal structure analysis. The results are shown below.

結晶学的データ 斜方晶系、空間群Pna21 格子定数 a=8.054(1)Å b=18.790(1)Å c=6.5573(1)Å v=992.3(1)Å3 単位格子当りの分子数 Z=4 また結晶構造図を第2図a),b),c)に示す。Crystallographic data orthorhombic, space group Pna2 1 lattice constants a = 8.054 (1) Å b = 18.790 (1) Å c = 6.5573 (1) Å v = 992.3 (1) Å 3 number of molecules per unit cell Z = 4 The crystal structure diagram is shown in FIGS. 2a), b) and c).

上記結晶学データの空間群より、本結晶は反転対称性
を持っていないことが分かる。
It can be seen from the crystallographic data space group that the present crystal has no inversion symmetry.

溶媒として、テトラヒドロフランに替え、アセトンを
用いても同様の結晶を得ることができた。更にN,N−ジ
メチルホルムアミドを用い温度降下法により結晶を作成
したところ10mm×5mm×3mmの結晶(第3図)を得ること
ができた。
Similar crystals could be obtained by using acetone instead of tetrahydrofuran as a solvent. Further, when crystals were formed by a temperature drop method using N, N-dimethylformamide, crystals of 10 mm × 5 mm × 3 mm (FIG. 3) could be obtained.

ここで得られた結晶は、偏光顕微鏡による消光位の確
認により単結晶であることがわかった。
The crystal obtained here was confirmed to be a single crystal by confirming the extinction position with a polarizing microscope.

また単結晶の大きさは最大辺長が少なくとも1mm以上
であることが好ましい。
The size of the single crystal preferably has a maximum side length of at least 1 mm.

実施例2 第二高調波発生を第3図の単結晶を用いて行なった。
実際には第4図の装置を用いた。
Example 2 Second harmonic generation was performed using the single crystal shown in FIG.
Actually, the apparatus shown in FIG. 4 was used.

532nmの緑色光をビーム状に観測することができた。
このことは位相整合の可能性を示すものであり、従って
本発明の結晶は光波長の変換のための非線形光学材料 として有用であることがわかる。
Green light of 532 nm was observed in the form of a beam.
This indicates the possibility of phase matching, and thus indicates that the crystal of the present invention is useful as a nonlinear optical material for light wavelength conversion.

参考例1 青色光透過性を確認するために、吸収スペクトルを測
定した。結果を表2を示した。
Reference Example 1 An absorption spectrum was measured to confirm blue light transmittance. The results are shown in Table 2.

表中、 は4×10-4mol/lのエタノール溶液において透過率が95
%を示す波長である。
In the table, Has a transmittance of 95 in a 4 × 10 -4 mol / l ethanol solution.
%.

従って本発明の化合物は青色光透過性に極めて優れて
いることが明らかである。
Therefore, it is clear that the compound of the present invention is extremely excellent in blue light transmittance.

参考例2 実際にファイバー型の光波長変換素子を形成する上
で、結晶配向をどのように設定し、またそこに入射させ
る基本波の偏光方向をどのような向きに設定すれば高い
波長変換効率が得られるかは、不明であった。
Reference Example 2 In actually forming a fiber-type optical wavelength conversion element, how to set the crystal orientation and what direction the polarization direction of the fundamental wave to be incident on it should be set to obtain high wavelength conversion efficiency Was unknown.

以下に、高い波長変換効率を得るために適した非線形
光学材料の結晶配向および基本波の直線偏光方向の設定
法について説明する。
Hereinafter, a method for setting the crystal orientation of the nonlinear optical material and the linear polarization direction of the fundamental wave suitable for obtaining high wavelength conversion efficiency will be described.

(I)の結晶は斜方晶系をなし、点群はmm2である。
したがって非線形光学定数のテンソルは、 となる。ここでd31は、第1図に示すように結晶軸a、
b、cに対して定まる光学軸X、Y、Zを考えたとき、
X方向に直線偏光した光(以下、X偏光という。Y、Z
についても同様。)を基本波として入射させてZ偏光の
第2高調波を取り出す場合の非線形光学定数であり、同
様にd32はY偏光の基本波を入射させてZ偏光の第2高
調波を取り出す場合の非線形光学定数、d32はZ偏光の
基本波を入射させてZ偏光の第2高調波を取り出す場合
の非線形光学定数、d24はYとZ偏光の基本波を入射さ
せてY偏光の第2高調波を取り出す場合の非線形光学定
数、d15はXとZ偏光の基本波を入射させてX偏光の第
2高調波を取り出す場合の非線形光学定数である。以
下、各非線形光学定数の大きさについて述べる。
The crystal of (I) has an orthorhombic system, and the point group is mm2.
Therefore, the tensor of the nonlinear optical constant is Becomes Here, d 31 is the crystal axis a, as shown in FIG.
When considering the optical axes X, Y, and Z determined for b and c,
Light linearly polarized in the X direction (hereinafter referred to as X polarized light, Y, Z)
The same applies to ) Is a non-linear optical constant when the second harmonic of the Z-polarized light is taken out as a fundamental wave. Similarly, d 32 is a nonlinear optical constant when the second harmonic of the Z-polarized light is taken out by entering the fundamental wave of the Y-polarized light. nonlinear optical constant, d 32 is Z is incident fundamental wave of the polarization nonlinear optical constant in the case of taking out the second harmonic of the Z polarized light, d 24 is Y and Z the fundamental wave of the polarized light is incident second Y-polarized light nonlinear optical constant in the case of taking out the higher harmonic wave, d 15 is a nonlinear optical constant in the case of taking out the second harmonic of the X polarized light is incident fundamental wave of X and Z polarized light. Hereinafter, the magnitude of each nonlinear optical constant will be described.

(I)の屈折率は未だ明らかになっていないので、下
式 dIJK=N・fI(2ω)fJ(ω)fK(ω)bIJK で非線形光学定数dIJKを導き出せるbIJKの値を示す。な
お、Nは単位体積当りの分子数、f(ω)、f(2ω)
はそれぞれ、基本波、第2高調波に関する局所電場修正
因子である。
Since the refractive index of the (I) is not yet clear, the following equation d IJK = N · f I ( 2ω) f J (ω) f K (ω) in b IJK of b IJK derivable nonlinear optical constant d IJK Indicates a value. N is the number of molecules per unit volume, f (ω), f (2ω)
Are local electric field correction factors for the fundamental wave and the second harmonic, respectively.

なおこれらのbIJKの値は、X線結晶構造解析およびPP
P−CIMO法とWardの式を用いて計算したβに基づく値で
あり、単位は〔×10-30esu〕である。
These b IJK values were determined by X-ray crystal structure analysis and PP
The value is based on β calculated using the P-CIMO method and Ward's formula, and the unit is [× 10 −30 esu].

この表からd32、d32、d24、d15が大きい値をとりうる
ことが分かる。そこで第5図に示すように、(I)から
なるコア11をクラッド12内に充てんさせるファイバー型
の光波長変換素子10を形成するに当り、(I)の結晶を
そのa軸(光学軸ではX軸)がコア軸方向に伸びるよう
に配向させた上で(これは以下に記す方法で実現可能で
ある)、この光波長変換素子10に結晶のc軸(光学軸で
はZ軸)あるいはb軸(光学軸ではY軸)の方向に直線
偏光した基本波を入射させれば、上記の大きな非線形光
学定数d24、d32、d33を利用できることになる。
From this table, it can be seen that d 32 , d 32 , d 24 , and d 15 can take large values. Therefore, as shown in FIG. 5, in forming the fiber type optical wavelength conversion element 10 in which the core 11 made of (I) is filled in the cladding 12, the crystal of (I) is moved along its a-axis (in the optical axis, (X axis) is oriented so as to extend in the core axis direction (this can be realized by the method described below), and the c-axis (Z-axis in the optical axis) or b If a fundamental wave linearly polarized in the direction of the axis (Y axis in the optical axis) is made incident, the above large nonlinear optical constants d 24 , d 32 and d 33 can be used.

実施例3 第6図は本発明の第3実施例による光波長変換モジュ
ールを示している。この光波長変換モジュールは、ファ
イバー型の光波長変換素子10と、この光波長変換素子10
に基本波を入力させる光源装置20とから構成されてい
る。
Embodiment 3 FIG. 6 shows an optical wavelength conversion module according to a third embodiment of the present invention. This optical wavelength conversion module includes a fiber type optical wavelength conversion element 10 and this optical wavelength conversion element 10.
And a light source device 20 for inputting a fundamental wave to the light source device.

ここで、上記光波長変換素子10の作成方法について説
明する。
Here, a method for producing the optical wavelength conversion element 10 will be described.

まずクラッドとなる空中のガラスファイバーが用意さ
れる。このガラスファイバーは一例としてSFS3ガラスフ
ァイバーからなり外径が100μm程度で中空部の径が6
μmのものである。一方、(I)はアセトンの溶媒1
に120g溶解し、(I)の飽和溶液(温度35℃で)を用意
する。この(I)の飽和溶液を恒温槽にて温度35℃に一
定に保ち、第7図に示すようにこの溶液内にガラスファ
イバーの一端を侵入させる。すると毛管現象により
(I)の溶液がガラスファイバー内に進入する。この状
態で保存すると溶媒であるアセトンが蒸発し、過飽和状
態になる。そしてガラス中空管内部に結晶核が発生し、
単結晶が成長する。それにより20mm以上もの長い範囲に
わたって結晶方位が一定に揃った単結晶状態が得られ
る。
First, an air glass fiber serving as a clad is prepared. This glass fiber is made of SFS3 glass fiber as an example, and has an outer diameter of about 100 μm and a hollow diameter of 6 μm.
μm. On the other hand, (I) is a solvent 1 of acetone.
To prepare a saturated solution of (I) (at a temperature of 35 ° C.). The saturated solution of (I) is kept at a constant temperature of 35 ° C. in a thermostat, and one end of a glass fiber is introduced into the solution as shown in FIG. Then, the solution of (I) enters the glass fiber by capillary action. When stored in this state, acetone as a solvent evaporates and becomes supersaturated. And crystal nuclei are generated inside the glass hollow tube,
A single crystal grows. As a result, a single crystal state having a uniform crystal orientation over a long range of 20 mm or more can be obtained.

上述のようにして(I)をガラスファイバー12内に単
結晶状態で充てんさせると、その結晶配向状態は第4図
図示のように、a軸(光学軸はX軸)がコア軸方向に延
びる状態となる。
When (I) is filled in the glass fiber 12 in a single crystal state as described above, the crystal orientation state is such that the a-axis (the optical axis is the X-axis) extends in the core axis direction as shown in FIG. State.

以上述べたようにしてコア11が充てんされた後、ガラ
スファイバー12の両端をファイバーカッターで切断し
て、長さ10mmの光波長変換素子10を形成した。第6図図
示のように、この光波長変換素子10を光源装置20と組み
合わせて光波長変換モジュールが構成される。本実施例
においては、基本波を発生する光源として半導体レーザ
ー21が用いられており、そこから発せられた波長820nm
のレーザー光(基本波)15はコリメートレンズ22によっ
て平行ビーム化され、次いでアナモリフィックプリズム
ペアー23およびλ/2板25に通され、集光レンズ26で小さ
なビームスポットに絞られた上で、光波長変換素子10の
入射端面10aに照射される。それにより、この基本波15
が光波長変換素子10内に入射する。前述した通り、コア
11を構成する(I)は、X軸がコア軸方向に延びる結晶
配向状態となっており、一方本例では、光源装置20のλ
/2板25を回転させることにより、Z偏光状態の基本波15
を光波長変換素子10に入力させる。
After the core 11 was filled as described above, both ends of the glass fiber 12 were cut with a fiber cutter to form a light wavelength conversion element 10 having a length of 10 mm. As shown in FIG. 6, this optical wavelength conversion element 10 is combined with a light source device 20 to constitute an optical wavelength conversion module. In this embodiment, a semiconductor laser 21 is used as a light source for generating a fundamental wave, and a wavelength of 820 nm emitted therefrom.
Is converted into a parallel beam by a collimating lens 22, then passed through an anamorphic prism pair 23 and a λ / 2 plate 25, focused by a condenser lens 26 to a small beam spot, and The light is irradiated on the incident end face 10a of the wavelength conversion element 10. As a result, this fundamental wave 15
Enters the light wavelength conversion element 10. As mentioned earlier, the core
(I) constituting 11 has a crystal orientation state in which the X-axis extends in the core axis direction.
By rotating the plate 25, the fundamental wave 15 in the Z-polarized state is obtained.
Is input to the optical wavelength conversion element 10.

光波長変換素子10内に入射した基本波15は、コア11を
構成する(I)により、波長が1/2(=410nm)の第2高
調波15′に変換される。この第2高調波15′はクラッド
12の外表面の間で全反射を繰り返して素子10内を進行
し、基本波15のコア部での導波モードと、第2高調波1
5′のクラッド部への放射モードとの間で位相整合がな
される(いわゆるチェレンコフ放射)。
The fundamental wave 15 incident on the optical wavelength conversion element 10 is converted into a second harmonic 15 'having a wavelength of 1/2 (= 410 nm) by (I) constituting the core 11. This second harmonic 15 'is clad
The device travels through the element 10 by repeating total reflection between the outer surfaces of the 12 and the waveguide mode of the core of the fundamental wave 15 and the second harmonic 1
Phase matching is performed with the radiation mode to the 5 ′ cladding (so-called Cherenkov radiation).

光波長変換素子10の出射端面10bからは、上記第2高
調波15′と基本波15とが混合したビーム15″が出射す
る。この出射ビーム15″は、集光レンズ27に通されて集
光された後、上記410nmの第2高調波15′は良好に透過
させる一方、820nmの基本波15は吸収するバンドパスフ
ィルター28に通され、第2高調波15′のみが取り出され
る。偏光板等を使用して、上記第2高調波15′はZ偏光
であることが確認された。つまり本例では、前述した
(I)の非線形光学定数d33が利用されている。この第
2高調波15′の光強度を光パワーメータ29で測定して、
波長変換効率を求めたところ、1W換算で約1%であっ
た。
From the emission end face 10b of the optical wavelength conversion element 10, a beam 15 ″ in which the second harmonic 15 ′ and the fundamental wave 15 are mixed is emitted. The emitted beam 15 ″ is passed through the condenser lens 27 and collected. After being illuminated, the second harmonic 15 'at 410 nm is well transmitted, while the fundamental 15 at 820 nm is passed through an absorbing bandpass filter 28 to extract only the second harmonic 15'. Using a polarizing plate or the like, it was confirmed that the second harmonic 15 'was Z-polarized light. In other words, in this example, the nonlinear optical constant d 33 of the aforementioned (I) is utilized. The light intensity of the second harmonic 15 'is measured by the optical power meter 29, and
When the wavelength conversion efficiency was determined, it was about 1% in terms of 1 W.

(発明の効果) 上述のように本発明の式(I)で表わされる分子で構
成される分子性結晶は、青色光透過性が高く、分子配列
に反転対称性が無いため、2次の非線形光学効果を有す
る。従って2次の非線形光学効果を用いた波長変換に有
用な材料となる。特に青色領域の変換波の発生には有用
である。また、詳細に説明した通り本発明の光波長変換
モジュールによれば、(I)が有する高い非線形光学定
数を実際にファイバー型の非線形光学材料において利用
可能で、しかも光波長変換素子を充分に長く形成可能で
あるので、極めて高い波長変換効率を実現できる。また
(I)は400nm近辺に吸収端を有するものであるから、
この光波長変換モジュールによれば、800nm程度のレー
ザー光を基本波として用いて、青色領域の第2高調波を
効率良く取り出すことも可能でなる。
(Effect of the Invention) As described above, the molecular crystal composed of the molecule represented by the formula (I) of the present invention has high blue light transmittance and no inversion symmetry in the molecular arrangement, so that the second-order nonlinearity is obtained. Has an optical effect. Therefore, it is a material useful for wavelength conversion using the second-order nonlinear optical effect. It is particularly useful for generating a converted wave in the blue region. Further, as described in detail, according to the optical wavelength conversion module of the present invention, the high nonlinear optical constant of (I) can be actually used in a fiber type nonlinear optical material, and the optical wavelength conversion element is sufficiently long. Since it can be formed, extremely high wavelength conversion efficiency can be realized. Also, since (I) has an absorption edge near 400 nm,
According to this light wavelength conversion module, it is also possible to efficiently extract the second harmonic in the blue region using a laser beam of about 800 nm as a fundamental wave.

上記ではチェレンコフ放射方式を用いた方法について
説明したが、これらに限定されるだけでなく、導波−導
波の位相整合も可能である。波長変換波は第2高調波に
限定されるだけでなく、第3高調波、和および差周波発
生にも用いられる。
In the above, the method using the Cherenkov radiation method has been described. However, the present invention is not limited to these, and waveguide-to-waveguide phase matching is also possible. The converted wavelength wave is not only limited to the second harmonic, but is also used for third harmonic, sum and difference frequency generation.

また上記化合物を単結晶化し、そこからバルクの単結
晶を切り出し、YAGレーザー光を入力しその第2光調波
の発生が可能である。この時の位相整合方法には角度位
相整合を用いる。これらのバルク単結晶はレーザーのキ
ャビティ外で用いられるだけでなく、LD励起固体レーザ
ー等の固体レーザーのキャビティ内で用いる事で、波長
変換効率を高めることが出来る。さらには、外部共振器
型のLDの共振器内に配置することでも、波長変換効率を
高めることが出来る。
In addition, the compound can be single-crystallized, a bulk single crystal can be cut out therefrom, and a second optical harmonic can be generated by inputting a YAG laser beam. At this time, an angle phase matching is used as a phase matching method. The wavelength conversion efficiency can be increased by using these bulk single crystals not only outside the laser cavity but also inside a solid laser cavity such as an LD pumped solid laser. Furthermore, the wavelength conversion efficiency can be increased by arranging it in the resonator of the external resonator type LD.

以上の単結晶化には、ブリッジマン法、溶媒蒸発法等
が用いられる。
For the above-mentioned single crystallization, a Bridgman method, a solvent evaporation method, or the like is used.

波長変換波は第2高調波に限定されるだけでなく、第
3高調波、和差周波発生にも用いられる。
The wavelength converted wave is used not only for the second harmonic, but also for the generation of the third harmonic and the sum difference frequency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図にテトラヒドロフラン溶液の溶媒蒸発法により作
成した単結晶の形状および面指数を示す。結晶の大きさ
はほぼ無色透明、c軸方向に伸長する性質を有する。 第2図に結晶構造図を示す。a)はa軸方向ステレオ投
影図、b)はb軸方向ステレオ撮影図、c)はc軸方向
ステレオ投影図である。 第3図にN,N−ジメチルホルムアミド溶液の温度降下法
により得られた結晶の構造を示す。 第4図は、第3図の結晶を用いた第2高調波発生実験装
置の概略図である。図中の番号は下記を示す。 1:Nd:YAGレーザー 2:基本波(λ=1.064μm) 2′:第2高調波(λ=0.532μm) 3:式(I)の化合物の単結晶 4:基本波カットフィルター 第5図は本発明に係る光波長変換素子におけるコアの結
晶配向を示す概略図を示す。 第6図は本発明に係る光波長変換素子を作成する方法を
説明する説明図である。 10:光波長変換素子、11:コア 12:クラッド、15:基本波 15′:第2高調波、20:光源装置 21:半導体レーザー、22:コリメートレンズ 23:アナモリフィックプリズムペアー 25:λ/2板、22、27:集光レンズ 第7図は式(I)の化合物の単結晶をコアとするファイ
バーの溶媒蒸発法による単結晶成長装置を示す。 式(I)の化合物の飽和溶液 クラッド(ガラスファイバー)
FIG. 1 shows the shape and plane index of a single crystal prepared by a solvent evaporation method of a tetrahydrofuran solution. The size of the crystal is almost colorless and transparent, and has the property of extending in the c-axis direction. FIG. 2 shows a crystal structure diagram. a) is an a-axis stereo projection view, b) is a b-axis stereo photography view, and c) is a c-axis stereo projection view. FIG. 3 shows the structure of the crystals obtained by the temperature drop method of the N, N-dimethylformamide solution. FIG. 4 is a schematic diagram of a second harmonic generation experiment apparatus using the crystal of FIG. The numbers in the figure indicate the following. 1: Nd: YAG laser 2: Fundamental wave (λ = 1.064 µm) 2 ': Second harmonic (λ = 0.532 µm) 3: Single crystal of compound of formula (I) 4: Fundamental wave cut filter FIG. 3 is a schematic view showing a crystal orientation of a core in the light wavelength conversion element according to the present invention. FIG. 6 is an explanatory view for explaining a method for producing an optical wavelength conversion element according to the present invention. 10: Optical wavelength conversion element, 11: Core 12: Cladding, 15: Fundamental wave 15 ': Second harmonic, 20: Light source device 21: Semiconductor laser, 22: Collimating lens 23: Anamorphic prism pair 25: λ / 2 Plates 22, 27: Condensing Lens FIG. 7 shows an apparatus for growing a single crystal by a solvent evaporation method of a fiber having a single crystal of the compound of the formula (I) as a core. Saturated solution of compound of formula (I) Clad (glass fiber)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 明憲 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富士写真フイルム株式会社内 審査官 田部 元史 (56)参考文献 特開 平4−77483(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akinori Harada 798 Miyadai, Kaisei-cho, Ashigara-gun, Kanagawa Prefecture Fuji Photo Film Co., Ltd. Examiner Motofumi Tabe (56) References JP-A-4-77483 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下記の式(I)で表わされる分子によって
構成されることを特徴とする斜方晶系であり、Pna21
空間群を有する分子性結晶。 式(I)
1. A orthorhombic, characterized in that it is constituted by a molecule represented by the following formula (I), molecular crystals having Pna2 1 space group. Formula (I)
【請求項2】レーザー光と非線形光学材料とを用いて光
波長の変換を行う際に、非線形光学材料として請求項
(1)記載の分子性結晶からなる単結晶を用いる光波長
の変換方法。
2. A method for converting a light wavelength using a single crystal made of a molecular crystal according to claim 1, wherein when converting the light wavelength using a laser beam and a nonlinear optical material.
【請求項3】クラッド内に式(I)で表わされる分子に
よって構成されることを特徴とする単結晶の非線形光学
材料がコアとして充てんされ、該光学材料の結晶がその
a軸が略コア軸方向に延びるように配向されてなる光波
長変換素子と、この光波長変換素子に、前記a軸と直交
する結晶のb軸あるいはc軸の方向に直線偏光した基本
波を入射させる光源装置とからなる光波長変換モジュー
ル。(但し、結晶軸の決め方は2回軸をC軸とし、他の
結晶軸は右手系に従う。)
3. A single-crystal non-linear optical material characterized by being constituted by a molecule represented by the formula (I) in a cladding and filled as a core, and the crystal of the optical material has an a-axis substantially a core axis. A light wavelength conversion element that is oriented so as to extend in a direction, and a light source device that causes the light wavelength conversion element to enter a fundamental wave linearly polarized in the direction of the b-axis or c-axis of the crystal orthogonal to the a-axis. Optical wavelength conversion module. (However, how to determine the crystal axis is the two-fold axis as the C axis, and the other crystal axes follow the right-handed system.)
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