JP2713422B2 - 有機非線形光学材料 - Google Patents
有機非線形光学材料Info
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- JP2713422B2 JP2713422B2 JP63105268A JP10526888A JP2713422B2 JP 2713422 B2 JP2713422 B2 JP 2713422B2 JP 63105268 A JP63105268 A JP 63105268A JP 10526888 A JP10526888 A JP 10526888A JP 2713422 B2 JP2713422 B2 JP 2713422B2
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- nonlinear optical
- optical material
- polyethylene oxide
- nitroaniline
- polymethyl methacrylate
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/361—Organic materials
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- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、有機非線形光学材料に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、優れた非線形光学効
果を熱的、時間的安定性よく発揮する有機非線形光学材
料に関するものである。
る。さらに詳しくは、この発明は、優れた非線形光学効
果を熱的、時間的安定性よく発揮する有機非線形光学材
料に関するものである。
（背景技術） 非線形光学材料は、光の和周波数発生、差周波数発
生、波長を1/2（SHG）、1/3（THG）等にする高調波発生
等の非線形光学効果を発揮する物質である。
生、波長を1/2（SHG）、1/3（THG）等にする高調波発生
等の非線形光学効果を発揮する物質である。
この非線形光学材料を利用すると、目に見えない赤外
線レーザを可視光化する新しいタイプのディスプレイ装
置や記録密度を著しく向上させた光記録材料の実現が可
能になり、また光スイッチング、光強度変調、光位相変
調等の電気光学的制御も可能となる。このため、非線形
光学材料は、次世代の光技術を支える中核材料として期
待されている。
線レーザを可視光化する新しいタイプのディスプレイ装
置や記録密度を著しく向上させた光記録材料の実現が可
能になり、また光スイッチング、光強度変調、光位相変
調等の電気光学的制御も可能となる。このため、非線形
光学材料は、次世代の光技術を支える中核材料として期
待されている。
非線形光学材料となる結晶としては、従来よりKDP、A
DP、LiNbO3等が知られているが、近年になって優れた非
線形光学特性を発揮する有機化合物が見出だされてい
る。この有機化合物は成形性、低価格性に優れるだけで
なく、特に、２次の非線形性においては理論的にも実験
的にも従来の非線形光学材料をはるかに凌駕することが
明らかにされてきており、現在も、内外の多くの研究機
関で、有機化合物からなる非線形光学材料の開発が精力
的にすすめられている。この２次の非線形性を発現させ
るには、分子の集合状態を中心対称を欠く結晶構造にす
ることが必要不可欠となるので、有機非線形光学材料の
開発については、単に分子設計だけではなく分子配列の
設計も行うことが必要となる。そのために、従来より、
電場、磁場または応力等の外部場や分子間力を利用する
ことが検討されてきている。
DP、LiNbO3等が知られているが、近年になって優れた非
線形光学特性を発揮する有機化合物が見出だされてい
る。この有機化合物は成形性、低価格性に優れるだけで
なく、特に、２次の非線形性においては理論的にも実験
的にも従来の非線形光学材料をはるかに凌駕することが
明らかにされてきており、現在も、内外の多くの研究機
関で、有機化合物からなる非線形光学材料の開発が精力
的にすすめられている。この２次の非線形性を発現させ
るには、分子の集合状態を中心対称を欠く結晶構造にす
ることが必要不可欠となるので、有機非線形光学材料の
開発については、単に分子設計だけではなく分子配列の
設計も行うことが必要となる。そのために、従来より、
電場、磁場または応力等の外部場や分子間力を利用する
ことが検討されてきている。
たとえばこのような試みとして、低分子有機化合物を
用いて２次の非線形光学材料を構成することが検討され
てきている。
用いて２次の非線形光学材料を構成することが検討され
てきている。
しかしながら、低分子有機化合物から非線形光学材料
を作製しようとしてもそれを大きな単結晶に成長させる
ことは難しく、また得られる結晶は非常に脆く成形性に
も劣る。また、大きな双極子モーメントを有する有機化
合物は中心対称の結晶構造をとりやすく、SHGを示さな
いことが多い。そこで、高分子化合物と大きな双極子モ
ーメントを有する機能性有機低分子化合物とを複合化さ
せたホスト−ゲスト系の非線形光学材料の作製が試みら
れている。
を作製しようとしてもそれを大きな単結晶に成長させる
ことは難しく、また得られる結晶は非常に脆く成形性に
も劣る。また、大きな双極子モーメントを有する有機化
合物は中心対称の結晶構造をとりやすく、SHGを示さな
いことが多い。そこで、高分子化合物と大きな双極子モ
ーメントを有する機能性有機低分子化合物とを複合化さ
せたホスト−ゲスト系の非線形光学材料の作製が試みら
れている。
たとえば、このホスト−ゲスト系の非線形光学材料と
しては、ポリメチルメタクリレート（PMMA）に大きな双
極子モーメントを有するジアゾ系色素を混入し、ガラス
転移点以上の温度で高電界を印加することによりジアゾ
系色素をポリメチルメタクリレート中に配向させ、次に
室温まで降温してポリメチルメタクリレートの高い粘性
によりジアゾ系色素の配向を凍結し、２次の非線形性を
発現させたものが開発されている。また、もう一つの方
法として、ポリエチレンオキシド（PEO）のような結晶
性高分子に双極子モーメントの大きな分子を混合し、融
点以上の温度で電圧をかけて降温させることにより発現
する電界結晶化を利用するものがある。このような方法
により、この発明の発明者は、ポリエチレンオキシド
（PEO）とｐ−ニトロアニリン（p-NA）とを上記と同様
に電界結晶化させたものを開発している。
しては、ポリメチルメタクリレート（PMMA）に大きな双
極子モーメントを有するジアゾ系色素を混入し、ガラス
転移点以上の温度で高電界を印加することによりジアゾ
系色素をポリメチルメタクリレート中に配向させ、次に
室温まで降温してポリメチルメタクリレートの高い粘性
によりジアゾ系色素の配向を凍結し、２次の非線形性を
発現させたものが開発されている。また、もう一つの方
法として、ポリエチレンオキシド（PEO）のような結晶
性高分子に双極子モーメントの大きな分子を混合し、融
点以上の温度で電圧をかけて降温させることにより発現
する電界結晶化を利用するものがある。このような方法
により、この発明の発明者は、ポリエチレンオキシド
（PEO）とｐ−ニトロアニリン（p-NA）とを上記と同様
に電界結晶化させたものを開発している。
このポリエチレンオキシドとｐ−ニトロアニリンとの
電界結晶化による２次の非線形光学材料は、非線形光学
効果の基準とされている尿素結晶の100倍にも達する大
きな非線形性（SHG）を有しており、この値は代表的無
機強誘電体の非線形光学材料であるLiNbO3の5000倍であ
り、これまでに見出だされたホスト−ゲスト系の非線形
光学材料中では最大である。
電界結晶化による２次の非線形光学材料は、非線形光学
効果の基準とされている尿素結晶の100倍にも達する大
きな非線形性（SHG）を有しており、この値は代表的無
機強誘電体の非線形光学材料であるLiNbO3の5000倍であ
り、これまでに見出だされたホスト−ゲスト系の非線形
光学材料中では最大である。
しかしながら、このようなホスト−ゲスト系の非線形
光学材料は、機能性有機低分子化合物の熱振動による無
秩序化を電界により抑制し、それを配向させたものであ
るために、再度高温にしたり、長時間放置したりすると
配向が乱れ、非線形性が失われるという問題点があっ
た。
光学材料は、機能性有機低分子化合物の熱振動による無
秩序化を電界により抑制し、それを配向させたものであ
るために、再度高温にしたり、長時間放置したりすると
配向が乱れ、非線形性が失われるという問題点があっ
た。
このため、熱的、時間的安定性に優れ、しかも容易に
作製することのできる新たな非線形光学材料の開発が望
まれていた。
作製することのできる新たな非線形光学材料の開発が望
まれていた。
（発明の目的） この発明は、以上の通りの事情を踏まえてなされたも
のであり、これまでの技術の課題を解決し、大きな非線
形光学効果を有し、その非線形性の熱的、時間的安定性
に優れ、しかも容易に作製できるホスト−ゲスト系の有
機非線形光学材料を提供することを目的としている。
のであり、これまでの技術の課題を解決し、大きな非線
形光学効果を有し、その非線形性の熱的、時間的安定性
に優れ、しかも容易に作製できるホスト−ゲスト系の有
機非線形光学材料を提供することを目的としている。
（発明の開示） この発明の有機非線形光学材料は、上記の目的を実現
するために、ポリエチレンオキシドとｐ−ニトロアニリ
ン、並びにポリエチレンオキシドと相溶性の高分子化合
物としてのポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタ
クリレートおよびポリビニルアセテートのうちの少くと
も１種とのコンプレックスからなることを特徴としてい
る。
するために、ポリエチレンオキシドとｐ−ニトロアニリ
ン、並びにポリエチレンオキシドと相溶性の高分子化合
物としてのポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタ
クリレートおよびポリビニルアセテートのうちの少くと
も１種とのコンプレックスからなることを特徴としてい
る。
この非線形光学材料は、ポリエチレンオキシドとｐ−
ニトロアニリンとの混合物に、ポリエチレンオキシドと
相溶性の前記の高分子化合物を添加することにより、外
部電界を印加しなくても結晶化させることができ、容易
に製造することができる。
ニトロアニリンとの混合物に、ポリエチレンオキシドと
相溶性の前記の高分子化合物を添加することにより、外
部電界を印加しなくても結晶化させることができ、容易
に製造することができる。
すなわち、ポリエチレンオキシドに相溶性の高分子化
合物を添加し、ポリエチレンオキシドとｐ−ニトロアニ
リンとの分子間相互作用を変化させ外部電界を印加しな
くても自発的に中心対称性を欠く結晶構造にする。これ
により高温においても永続的に大きな非線形性を発揮す
る新たなホスト−ゲストの３元コンプレックスを形成さ
せる。
合物を添加し、ポリエチレンオキシドとｐ−ニトロアニ
リンとの分子間相互作用を変化させ外部電界を印加しな
くても自発的に中心対称性を欠く結晶構造にする。これ
により高温においても永続的に大きな非線形性を発揮す
る新たなホスト−ゲストの３元コンプレックスを形成さ
せる。
このようなコンプレックスを形成するのに用いるポリ
エチレンオキシドと相溶性の高分子化合物については、
ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート
およびポリビニルアセテートのうちの少くとも１種の高
分子化合物を非線形光学材料の用途に応じて適宜選択、
使用でき、それらの複数種を併せて使用してもよい。特
に好ましいものとしては、たとえばポリメチルメタクリ
レート（PMMA）が例示される。
エチレンオキシドと相溶性の高分子化合物については、
ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート
およびポリビニルアセテートのうちの少くとも１種の高
分子化合物を非線形光学材料の用途に応じて適宜選択、
使用でき、それらの複数種を併せて使用してもよい。特
に好ましいものとしては、たとえばポリメチルメタクリ
レート（PMMA）が例示される。
また、ポリエチレンオキシドについても特段の制限は
なく、分子量5,000〜30,000程度の適宜なものを使用す
ることができる。
なく、分子量5,000〜30,000程度の適宜なものを使用す
ることができる。
また、ポリエチレンオキシド、ｐ−ニトロアニリンお
よびポリエチレンオキシドと相溶性の高分子化合物の好
適な配合割合は、配合する高分子化合物の種類、コンプ
レックス形成条件、所望の非線形性等に応じて定める。
よびポリエチレンオキシドと相溶性の高分子化合物の好
適な配合割合は、配合する高分子化合物の種類、コンプ
レックス形成条件、所望の非線形性等に応じて定める。
たとえば、配向成分をポリエチレンオキシド、ポリメ
チルメタクリレートおよびｐ−ニトロアニリンとする場
合には、ポリエチレンオキシドとポリメチルメタクリレ
ートとを重量比で6:2〜6:15とし、これらポリエチレン
オキシドとポリメチルメタクリレートからなる高分子化
合物の合計に対してｐ−ニトロアニリンを25重量％以上
とすることができる。特に、ポリエチレンオキシド、ポ
リメチルメタクリレートおよびｐ−ニトロアニリンの重
量比を6:3:2とすると、尿素の120倍にも及ぶ第２高調波
を発生させることができる。
チルメタクリレートおよびｐ−ニトロアニリンとする場
合には、ポリエチレンオキシドとポリメチルメタクリレ
ートとを重量比で6:2〜6:15とし、これらポリエチレン
オキシドとポリメチルメタクリレートからなる高分子化
合物の合計に対してｐ−ニトロアニリンを25重量％以上
とすることができる。特に、ポリエチレンオキシド、ポ
リメチルメタクリレートおよびｐ−ニトロアニリンの重
量比を6:3:2とすると、尿素の120倍にも及ぶ第２高調波
を発生させることができる。
なお、この発明の非線形光学材料においては、そのコ
ンプレックスの形成に際して外部電圧の印加を必要とす
るものではないが、コンプレックス形成を促進させるた
めに電界を印加してもよい。
ンプレックスの形成に際して外部電圧の印加を必要とす
るものではないが、コンプレックス形成を促進させるた
めに電界を印加してもよい。
以下、実施例を示し、さらにこの発明について説明す
る。
る。
実施例１ ポリエチレンオキシド６重量部とポリメチルメタクリ
レート３重量部とを混合し、さらにｐ−ニトロアニリン
２重量部を添加した。次に外部電界を印加することなく
上記混合物を室温まで冷却し、３元コンプレックスから
なる有機非線形光学材料を形成した。
レート３重量部とを混合し、さらにｐ−ニトロアニリン
２重量部を添加した。次に外部電界を印加することなく
上記混合物を室温まで冷却し、３元コンプレックスから
なる有機非線形光学材料を形成した。
得られた非線形光学材料に波長1.064μｍのYAGレーザ
を照射した際に発せられる1/2波長（0.532μｍ）の光の
強度を基準物質（尿素）のそれと比較することにより非
線形性の評価を行ったところ、尿素の120倍であった。
を照射した際に発せられる1/2波長（0.532μｍ）の光の
強度を基準物質（尿素）のそれと比較することにより非
線形性の評価を行ったところ、尿素の120倍であった。
熱的、時間的な安定性も良好であった。
実施例２ ポリメチルメタクリレートの代わりにポリビニルアセ
テートを使用し、実施例１と同様に非線形光学材料を形
成し、それらの非線形性を評価したところ、約90倍であ
った。また、それらの熱的、時間的安定性も良好であっ
た。
テートを使用し、実施例１と同様に非線形光学材料を形
成し、それらの非線形性を評価したところ、約90倍であ
った。また、それらの熱的、時間的安定性も良好であっ
た。
実施例３ ポリエチレンオキサイド４重量部、ポリエチルメタク
リレート２重量部およびｐ−ニトロアニリン１重量部か
ら実施例１と同様にして非線形光学材料を形成した。非
線形性は尿素の約50倍であった。
リレート２重量部およびｐ−ニトロアニリン１重量部か
ら実施例１と同様にして非線形光学材料を形成した。非
線形性は尿素の約50倍であった。
比較例１ ポリエチレンオキシドを使用することなくポリメチル
メタクリレートとｐ−ニトロアニリンとから実施例１と
同様にして２元系のコンプレックスを形成し、それらの
非線形性を評価した。
メタクリレートとｐ−ニトロアニリンとから実施例１と
同様にして２元系のコンプレックスを形成し、それらの
非線形性を評価した。
その結果、ほとんど０の第２高周波強度しか得られ
ず、また、その非線形効果は時間経過とともに低下し
た。
ず、また、その非線形効果は時間経過とともに低下し
た。
比較例２ ポリメチルメタクリレートを使用することなくポリエ
チレンオキシドとｐ−ニトロアニリンとから実施例１と
同様にして２元系のコンプレックスを形成し、それらの
非線形性を評価した。
チレンオキシドとｐ−ニトロアニリンとから実施例１と
同様にして２元系のコンプレックスを形成し、それらの
非線形性を評価した。
その結果、尿素約0.3倍の非線形効果しか得られず、
また、その効果は時間経過とともに低下した。
また、その効果は時間経過とともに低下した。
（発明の効果） この発明の非線形光学材料は、ポリエチレンオキシ
ド、ｐ−ニトロアニリンおよびポリエチレンオキシドと
相溶性の高分子化合物の３元コンプレックスからなるも
ので、その結晶は外部電界を印加しなくても中心対称性
を欠く結晶構造となる。
ド、ｐ−ニトロアニリンおよびポリエチレンオキシドと
相溶性の高分子化合物の３元コンプレックスからなるも
ので、その結晶は外部電界を印加しなくても中心対称性
を欠く結晶構造となる。
したがって、この発明によれば、ポリエチレンオキシ
ドとポリエチレンオキシドと相溶性の高分子化合物をホ
ストとし、ｐ−ニトロアニリンをゲストとするホスト−
ゲスト系の非線形光学材料であって、大きな非線形性を
熱的、時間的に安定的に発揮し、しかも容易に作製でき
るものが提供される。
ドとポリエチレンオキシドと相溶性の高分子化合物をホ
ストとし、ｐ−ニトロアニリンをゲストとするホスト−
ゲスト系の非線形光学材料であって、大きな非線形性を
熱的、時間的に安定的に発揮し、しかも容易に作製でき
るものが提供される。
また、この発明によれば、ポリエチレンオキシドと相
溶性の高分子化合物を非線形光学材料の用途に応じて適
宜選択し使用することができるので、非線形光学材料の
適用範囲の拡大を図ることができる。
溶性の高分子化合物を非線形光学材料の用途に応じて適
宜選択し使用することができるので、非線形光学材料の
適用範囲の拡大を図ることができる。
Claims (1)
- 【請求項１】ポリエチレンオキシドとｐ−ニトロアニリ
ン、並びにポリエチレンオキシドと相溶性の高分子化合
物としてのポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタ
クリレートおよびポリビニルアセテートのうちの少くと
も１種とのコンプレックスからなることを特徴とする有
機非線形光学材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63105268A JP2713422B2 (ja) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | 有機非線形光学材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63105268A JP2713422B2 (ja) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | 有機非線形光学材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01274122A JPH01274122A (ja) | 1989-11-01 |
| JP2713422B2 true JP2713422B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=14402915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63105268A Expired - Fee Related JP2713422B2 (ja) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | 有機非線形光学材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2713422B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01259056A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-16 | Ube Ind Ltd | ポリオキシアルキレン化合物，ポリビニルアセタールと有機色素からなる組成物 |
-
1988
- 1988-04-27 JP JP63105268A patent/JP2713422B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01259056A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-16 | Ube Ind Ltd | ポリオキシアルキレン化合物，ポリビニルアセタールと有機色素からなる組成物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01274122A (ja) | 1989-11-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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