JP2789957B2 - Nonlinear optical element - Google Patents

Nonlinear optical element

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JP2789957B2
JP2789957B2 JP4243025A JP24302592A JP2789957B2 JP 2789957 B2 JP2789957 B2 JP 2789957B2 JP 4243025 A JP4243025 A JP 4243025A JP 24302592 A JP24302592 A JP 24302592A JP 2789957 B2 JP2789957 B2 JP 2789957B2
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  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光応用技術に有効なポ
リ尿素系高分子及びこれを用いた非線形光学素子に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polyurea-based polymer effective for optical application technology and a non-linear optical element using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】1960年代のレーザの発見以降、強い
非線形光学特性を示す多数の無機材料が発見されてき
た。周知の無機材料として、尿素,石英,ニオブ酸リチ
ウム(LiNbO3 ),リン酸2水素カリウム(KD
P:KH2PO4),リン酸2水素アンモニウム(AD
P:NH42PO4 )などが挙げられる。無機材料は、
所謂分子設計が困難なため、非線形光学特性の最適化や
その他の物性の意図的な製造が出来ない。従って、分子
設計の可能な有機分子及び高分子は、非線形光学分野に
は非常に興味深いものとなっている。有機分子及び高分
子材料は大きな光学非線形性と共に、大きなレーザ光耐
性,高速応答及びある種の分野には適する軽量性などの
特性を示すため、非線形光学の分野に応用の可能性が高
い。有機共役系高分子においては、π電子系に起因する
三次非線形性が得られ、既に、ポリアセチレン,ポリ
(p−フォニレン),ポリチオフェン,ポリピロール,
フタロシアニン,ポリアニリン,ヘテロ芳香族系ラダー
ポリマ及び関連するコポリマなどの多くの共役系高分子
が検討されている。しかし、これらのうち多くの共役系
高分子は、共鳴型の非線形感受率で1/109esu程度で
あり、実用化には十分とは言えない。短波長で高い三次
非線形感受率を持つ共役系高分子は、波長変換による紫
外,近赤外の波長域の高出力レーザの製造に極めて要望
されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Since the discovery of lasers in the 1960's, a number of inorganic materials exhibiting strong nonlinear optical properties have been discovered. As well-known inorganic materials, urea, quartz, lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium dihydrogen phosphate (KD)
P: KH 2 PO 4 ), ammonium dihydrogen phosphate (AD
P: NH 4 H 2 PO 4 ). Inorganic materials are
Since so-called molecular design is difficult, optimization of nonlinear optical characteristics and intentional production of other physical properties cannot be performed. Therefore, organic molecules and polymers capable of molecular design have become very interesting in the field of nonlinear optics. Organic molecules and polymer materials exhibit properties such as large laser non-linearity, high laser light resistance, high-speed response, and light weight suitable for certain fields, and thus are highly applicable to the field of non-linear optics. In organic conjugated polymers, third-order nonlinearity due to the π-electron system is obtained, and polyacetylene, poly (p-phonylene), polythiophene, polypyrrole,
Many conjugated polymers such as phthalocyanines, polyanilines, heteroaromatic ladder polymers and related copolymers have been studied. However, many of these conjugated polymers have a resonance type nonlinear susceptibility of about 1/10 9 esu, which is not sufficient for practical use. Conjugated polymers having high third-order nonlinear susceptibilities at short wavelengths are extremely demanded for producing high-power lasers in the ultraviolet and near-infrared wavelength regions by wavelength conversion.

【0003】これらに関連する既存の報告に下記があ
る。D.L.Williams 編集 「Nonlinearoptical propertie
s of organic and polymeric materials」ACS Symposiu
mSeries 第233巻,American Chemical Society,Wash
ington D.C.(1983年),T.Kobayashi 編集「Nonlin
ear optaics of organics and semiconductors」Spring
er Proceedings in Physics,第36巻,Springer−Ver
lag,Berlin(1989年)及びSPIE学会にて19
85−1990年度間に発表された論文などがある。
[0003] Existing reports relating to these include the following. DLWilliams Edit `` Nonlinear optical propertie
s of organic and polymeric materials '' ACS Symposiu
mSeries Volume 233, American Chemical Society, Wash
tonington D. C. (1983), edited by T. Kobayashi, "Nonlin
ear optaics of organics and semiconductors '' Spring
er Proceedings in Physics, Vol. 36, Springer-Ver
lag, Berlin (1989) and SPIE Society 19
There are papers published between the years 85-1990.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】三次非線形感受率は、
π電子の非局在距離や共役高分子構造のバンド間隔に敏
感に依存する。従って、Agrawal他著Physical Review
B17巻,776頁(1978年)などに例示されるよう
に、大きな三次非線形感受率は、小さなバンド間隔の共
役構造により得られやいす。A.K.Bakhsgi 及び J.Ladik
著 Soid StateCommunications,第60巻,361頁
(1986)に示されるように、アゾエテン,アジン,
メチンイミン及びアセチレン構造を有する共重合体など
は、より小さなバンド間隔を示すことが知られている。
しかし、小さなバンド間隔は吸収端の長波長化を生じ、
素子製造上好ましくない。広いバンド間隔でなお高い非
線形光学特性を実現する必要がある。
The third-order nonlinear susceptibility is
It depends sensitively on the delocalization distance of π electrons and the band spacing of the conjugated polymer structure. Therefore, Physical Review by Agrawal et al.
As exemplified in B17, p. 776 (1978), a large third-order nonlinear susceptibility is easily obtained by a conjugate structure having a small band interval. AKBakhsgi and J. Ladik
As shown in Soid State Communications, Vol. 60, p. 361 (1986), azoethene, azine,
It is known that a copolymer having a methine imine and acetylene structure shows a smaller band interval.
However, a small band spacing causes a longer wavelength at the absorption edge,
It is not preferable in element production. It is necessary to realize still higher nonlinear optical characteristics with a wide band interval.

【0005】二次非線形光学は非中心対称性の結晶での
み観測される。例えば、p−ニトロアニリンは大きな分
子非線形超分極率を有するが、中心対称性があり、従っ
て、二次の非線形光学効果は観測されない。非中心対称
性を得るために、多くの方法が提示されている。例えば
電気的な分極とゲスト−ホスト系の混合法,水素結合,
構造規制、等がある。有機材料は、単結晶,ラングミュ
アーブロジェット膜,ゲスト−ホスト系,超格子構造、
又は電場下で分極された高分子など様々に用いることが
可能である。関係する報告としては、D.S.Chemla 及び
J.Zyss著「Nonlinear Optical Properties of Organic
Molecules and Crystals」第1及び2巻,Academic Pre
ss,(1987年)、H.S.Nalwa他著「Optical Second
−Harmonic Generation in Organic Molecular and Pol
ymeric Materials」Photochemistry and Photophysic
s,第5巻,第4章,103−105頁,CRCPress,Boc
a Raton,Florida,(1991年)等がある。同様に、
高い非線形特性と透明性を両立することは困難である。
また、実用化に際しては更に合成の容易さ,成形性,機
械的強度,化学的安定性等の諸特性が要求される。
[0005] Second-order nonlinear optics are observed only in non-centrosymmetric crystals. For example, p-nitroaniline has a large molecular non-linear hyperpolarizability, but has central symmetry, and therefore no second-order non-linear optical effect is observed. Many methods have been proposed to achieve non-centrosymmetric. For example, electrical polarization and guest-host mixing, hydrogen bonding,
There are structural regulations, etc. Organic materials include single crystals, Langmuir-Blodgett films, guest-host systems, superlattice structures,
Alternatively, various materials such as a polymer polarized under an electric field can be used. Related reports include DSChemla and
J. Zyss, Nonlinear Optical Properties of Organic
Molecules and Crystals "Volumes 1 and 2, Academic Pre
ss, (1987), HSNalwa et al., Optical Second
−Harmonic Generation in Organic Molecular and Pol
ymeric Materials '' Photochemistry and Photophysic
s, Volume 5, Chapter 4, Pages 103-105, CRCPress, Boc
a Raton, Florida, (1991). Similarly,
It is difficult to achieve both high nonlinear characteristics and transparency.
In addition, various properties such as ease of synthesis, moldability, mechanical strength, and chemical stability are required for practical use.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、合成が
容易で、光線透過率,成形性,機械的強度,熱酸化安定
性,低毒性に優れる高分子及び共重合体を用いた非線形
光学素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide
Easy, light transmittance, moldability, mechanical strength, thermal oxidation stability
Nonlinearity using polymers and copolymers with excellent properties and low toxicity
It is to provide an optical element.

【0007】本発明は、光を入射する面及び光を出射す
る面を有する非線形光学媒体を備えた非線形光学素子に
おいて、前記非線形光学媒体として下記一般式(化2)で
表わされる繰返し単位を有するポリ尿素系高分子を用い
ることを特徴とする非線形光学素子である
[0007] The present invention, in the nonlinear optical device having a nonlinear optical medium having a surface for emitting surface and the light incident light, having a repeating unit represented by the following general formula (2) as the nonlinear optical medium a nonlinear optical element, which comprises using a polyurea-based polymer.

【0008】[0008]

【化2】 Embedded image

【0009】但し、A,Bはメチレン鎖又は置換されて
いてもよいベンゼン,ビフェニル,ターフェニル,スチ
ルベン,アゾベンゼン,ベンジリデン,ジフェニルメタ
ン,ジフェニルエーテル,ジフェニルチオエーテル,ア
クリジン,フルオレン,インドール,ヘテロ環から選ば
れる芳香環基であり、X,Yは水素原子,又は置換され
ていてもよいベンゼン,ビフェニル,ピリジン,アゾベ
ンゼン,ベンジリデンから選ばれた芳香環基である。
Wherein A and B are methylene chains or optionally substituted benzene, biphenyl, terphenyl, stilbene, azobenzene, benzylidene, diphenylmethane, diphenylether, diphenylthioether, acridine, fluorene, indole, or a heterocyclic ring. X and Y are a hydrogen atom or an aromatic ring group selected from benzene, biphenyl, pyridine, azobenzene and benzylidene which may be substituted.

【0010】本発明には下記繰り返し単位を有する高分
子が使用される。
In the present invention, a polymer having the following repeating unit is used.

【0011】[0011]

【化3】 Embedded image

【0012】但し、Ar1,Ar2はベンゼン環を含む有
機基であり、Xは芳香族環を有する有機基である。Rは
メチル基またはプロピル基などのアルキル基である。
Here, Ar 1 and Ar 2 are organic groups having a benzene ring, and X is an organic group having an aromatic ring. R is an alkyl group such as a methyl group or a propyl group.

【0013】これらのうちで特に、下記繰り返し単位を
有することを特徴とする新規なポリ尿素系高分子が用い
られる。
Among these, a novel polyurea polymer characterized by having the following repeating unit is used.

【0014】[0014]

【化4】 Embedded image

【0015】但し、Ar3,Ar4は下記構造式から選ば
れた有機性基であり、Zは置換されていてもよいベンゼ
ン,ピリジン,アゾベンゼン,ベンジリデンから選ばれ
た芳香環基である。
Here, Ar 3 and Ar 4 are organic groups selected from the following structural formulas, and Z is an aromatic ring group selected from optionally substituted benzene, pyridine, azobenzene and benzylidene.

【0016】[0016]

【化5】 Embedded image

【0017】更に、下記繰り返し単位を有することを特
徴とするポリ尿素系高分子が用いられる。
Further, a polyurea polymer having the following repeating unit is used.

【0018】[0018]

【化6】 Embedded image

【0019】[0019]

【化7】 Embedded image

【0020】但し、Zはパラ位にニトロ基,シアノ基,
カルボキシル基,カルボキシルエステル基から選ばれた
置換基を有するベンゼン,ピリジン,アゾベンゼン,ベ
ンジリデンから選ばれた芳香環基である。m,nは1以
上の整数である。
Wherein Z is a nitro group, a cyano group,
An aromatic ring group selected from benzene, pyridine, azobenzene, and benzylidene having a substituent selected from a carboxyl group and a carboxylester group. m and n are integers of 1 or more.

【0021】又、下記繰り返し単位を有することを特徴
とするポリ尿素系高分子が用いられる。
Further, a polyurea polymer having the following repeating unit is used.

【0022】[0022]

【化8】 Embedded image

【0023】但し、Dは置換されていてもよいベンゼ
ン,ビフェニル,ターフェニル,スチルベン,アゾベン
ゼン,ベンジリデン,アクリジン,フルオレン,インド
ール,ヘテロ環から選ばれる芳香環基であり、Eはジフ
ェニルメタン,ジメチルジフェニル,ジメトキシジフェ
ニル,m−キシレン,トリレンから選ばれた有機性基で
ある。
Here, D is an aromatic ring group selected from benzene, biphenyl, terphenyl, stilbene, azobenzene, benzylidene, acridine, fluorene, indole and heterocyclic ring which may be substituted, and E is diphenylmethane, dimethyldiphenyl, An organic group selected from dimethoxydiphenyl, m-xylene, and tolylene.

【0024】更に、上記高分子の構造中に1,3,5−
トリアジン環,珪素原子、あるいは有機金属化合物を含
むことを特徴とする新規なポリ尿素系高分子組成物が用
いられる。
Furthermore, 1,3,5-
A novel polyurea polymer composition containing a triazine ring, a silicon atom or an organometallic compound is used.

【0025】上記の高分子は、分子量100550,
000であることが望ましい。
The above-mentioned polymer has a molecular weight of 100 to 550,
000 is desirable.

【0026】上記の高分子は、膜厚1500μで用
いられることが望ましい。
[0026] The above polymer is preferably used in a thickness of 1 ~ 500μ m.

【0027】これらの高分子は、従来の性能を大幅に上
回る、二次非線形光学素子,三次非線形光学素子,電気
光学素子,レーザ周波数変換素子,光スイッチ,光変調
素子,光導波路,四波混合器、あるいは、光双安定素子
として使用できる。
These polymers greatly improve the performance of the prior art, such as second-order nonlinear optical elements, third-order nonlinear optical elements, electro-optical elements, laser frequency conversion elements, optical switches, optical modulation elements, optical waveguides, four-wave mixing. It can be used as a device or an optical bistable element.

【0028】本発明の化合物はジアニリノ化合物あるい
は芳香族ジアミノ化合物と芳香族ジイソシアネートをs
ym−テトラクロロエタン中で縮合する等の既存の手法
に従って合成される。例えば、大石、外(Y.Ohishi,et
al)、Journal of PolymerScience,Polymer Chemistr
y ed.,第25巻、2185頁(1987年)、又は、
高橋、外(Y.Takahashi,et al)、Japanese Journal of
Applied Physics,第28巻、L2245頁(1989
年)などに記載されている方法が利用できる。本発明に
より、共役系を有する置換されたポリ尿素部分を有する
ランダム共重合高分子を形成できる。例えば、下記のよ
うなジアミノ共役系構造にジイソシアネートを縮合する
反応にて、下記構造式を繰り返し単位とする共役共重合
高分子が合成される。
The compound of the present invention comprises a dianilino compound or an aromatic diamino compound and an aromatic diisocyanate.
It is synthesized according to an existing method such as condensation in ym-tetrachloroethane. For example, Oishi, outside (Y. Ohishi, et
al), Journal of PolymerScience, Polymer Chemistr
y ed., Vol. 25, p. 2185 (1987), or
Takahashi, outside (Y.Takahashi, et al), Japanese Journal of
Applied Physics, Vol. 28, L2245 (1989)
Year) can be used. According to the present invention, a random copolymer having a substituted polyurea moiety having a conjugated system can be formed. For example, a conjugated copolymer having the following structural formula as a repeating unit is synthesized by a reaction of condensing a diisocyanate with a diamino conjugated structure as described below.

【0029】[0029]

【化9】 Embedded image

【0030】ここで、Dは置換されていてもよいベンゼ
ン,ピリジン,ビフェニル,ターフェニル,スチルベ
ン,ナフタレン,アントラセン,フェナントレン,ベン
ジジン,アゾベンゼン,ベンジリデン,アクリジン,フ
ルオレン,インドール,ヘテロ環から選ばれる芳香環基
であり、OCN−E−NCOは4,4′−ジフェニルメ
タンジイソシアネート、3,3′−ジメチルジフェニル
−4,4′−ジイソシアネート、3,3′−ジメトキシ
ジフェニル−4,4′−ジイソシアネート、m−キシレ
ン−α,α′−ジイソシアネート等である。
Here, D is an aromatic ring selected from optionally substituted benzene, pyridine, biphenyl, terphenyl, stilbene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, benzidine, azobenzene, benzylidene, acridine, fluorene, indole and heterocycle. OCN-E-NCO is 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate, 3,3'-dimethoxydiphenyl-4,4'-diisocyanate, m- Xylene-α, α'-diisocyanate and the like.

【0031】本発明に用いられる高分子の繰返し構造単
位を以下例示するが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、また、他の周知の高分子、たとえば、ポリスチ
レン,ポリメタクリレート,ポリアクリレート,ポリア
ジンとの共重合体も本発明に含まれる。
The repeating structural units of the polymer used in the present invention will be illustrated below, but the present invention is not limited thereto. Other well-known polymers such as polystyrene, polymethacrylate and polyacrylate And polyazines are also included in the present invention.

【0032】[0032]

【化10】 Embedded image

【0033】[0033]

【化11】 Embedded image

【0034】[0034]

【化12】 Embedded image

【0035】[0035]

【化13】 Embedded image

【0036】[0036]

【化14】 Embedded image

【0037】ここで、Ar5は下記構造式から選ばれる
芳香族基である。
Here, Ar5 is selected from the following structural formula:
It is an aromatic group.

【0038】[0038]

【化15】 Embedded image

【0039】本発明には、下記繰返し単位の高分子が用
いられる。
In the present invention, a polymer having the following repeating unit is used.

【0040】[0040]

【化16】 Embedded image

【0041】ここで、Ar6 は下記構造式より選ばれる
有機基である。
Here, Ar 6 is an organic group selected from the following structural formula.

【0042】[0042]

【化17】 Embedded image

【0043】本発明には、下記繰返し単位の高分子が用
いられる。
In the present invention, a polymer having the following repeating unit is used.

【0044】[0044]

【化18】 Embedded image

【0045】ここで、Ar7 は下記構造式より選ばれる
有機基である。
Here, Ar 7 is an organic group selected from the following structural formula.

【0046】[0046]

【化19】 Embedded image

【0047】本発明には、下記繰返し単位の高分子が用
いられる。
In the present invention, a polymer having the following repeating unit is used.

【0048】[0048]

【化20】 Embedded image

【0049】本発明には種々の電荷移動性置換基が使用
され、これらは、上述した本発明の化合物の適当な位置
に適宜導入される。但し、本発明はこれらに限定される
ものではない。電子吸引性置換基としては、ニトロ基,
ニトリル基,カルボキシル基,−CONH2 などのアミ
ド基,アルデヒド基,−SO2R ,アセチル基,−SO
2NH2、その他−NH3 がある。電子供与性置換基とし
ては、アミノ基,アルキルアミノ基,ジアルキルアミノ
基,−F,−Cl,−Br,−Iなどのハロゲン基,メ
チル基,エチル基などのアルキル基,水酸基,アセトア
ミド基,メトキシ基,エトキシ基,フエニル基などのア
リル基などがある。
In the present invention, various charge-transferring substituents are used, and these are appropriately introduced at appropriate positions of the above-mentioned compound of the present invention. However, the present invention is not limited to these. Examples of the electron-withdrawing substituent include a nitro group,
Nitrile group, a carboxyl group, an amido group such as -CONH 2, an aldehyde group, -SO 2 R, an acetyl group, -SO
2 NH 2 and others —NH 3 . Examples of the electron donating substituent include an amino group, an alkylamino group, a dialkylamino group, a halogen group such as -F, -Cl, -Br, and -I, an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, a hydroxyl group, an acetamido group, Allyl groups such as methoxy, ethoxy and phenyl groups.

【0050】本発明の高分子組成物は、溶液塗工,スピ
ンコート,成型等の既存の各種の方法により、膜厚1
500μ薄膜に成型できる。又、反応条件の制御に
より分子量100550,000の範囲に製造でき
る。
The polymer composition of the present invention has a film thickness of 1 to 5 by various existing methods such as solution coating, spin coating and molding.
It can be formed into a thin film of 500μ m. The molecular weight can be produced in a range of 100 to 550,000 by controlling the reaction conditions.

【0051】本発明の高分子組成物は、良好な光線透過
性,大気及び不活性ガス雰囲気中で優れた熱安定性を示
す。更に、高い二次及び三次非線形光学特性を示し、特
に三次非線形光学性は共役部分の増大と共に増大する結
果が、共重合高分子を用いた実験にて確認されている。
The polymer composition of the present invention exhibits good light transmittance and excellent thermal stability in air and inert gas atmospheres. Further, it has been confirmed by experiments using copolymerized polymers that they exhibit high second-order and third-order nonlinear optical properties, and that the third-order nonlinear optical properties increase with an increase in the conjugated moiety.

【0052】本発明の高分子を、80℃付近に加熱した
条件にて酸化錫透明基板上に塗布して薄膜を形成し、コ
ロナポーリング出来る。電場は、材料の放電破壊特性に
応じて、48kが使用でき、加熱はガラス転移点の
10℃高温が望ましい。ポーリングの時間は2
時間である。
The polymer of the present invention is applied on a tin oxide transparent substrate under the condition of being heated to about 80 ° C. to form a thin film, and corona poling can be performed. Electric field, depending on the breakdown characteristics of the material, 4 ~ 8k V can be used, the heating is preferably 5 ~ 10 ° C. hot glass transition point. Polling time is 2 to 4
Time.

【0053】三次非線形感受率は、Nd−YAGレーザ
の基本波(1.0642.1μ)を光源として、メーカ
フリンジ法にて測定できる。
[0053] third-order nonlinear susceptibility, Nd-YAG laser fundamental wave of a (1.064 ~ 2.1μ m) as a light source, it can be measured by the manufacturer fringe method.

【0054】本発明に関わる周知の非線形光学素子の例
として、図1に示すものがある。光源1の出力光6を半
透過鏡2を介して、本発明に記載のポリ尿素系高分子
非線形光学媒体試料3に照射し、半透過鏡4,偏光板5
を経て、出力光7を得る。ここで、半透過鏡2及び4を
使用光に適合した共鳴位置に設置する周知の技術によ
り、出力光入射光に対する光演算に有効な非線形応答
又は双安定動作を可能とすることができる。同様に図2
に示すように、半透過鏡8,9及び反射鏡10を経た帰
還光11を利用してより効率的に動作させることもでき
る。又、図3に示すように入射光を光線6及び12の和
とし、一方をポンプ光、他方をプローブ光として光演算
することも出来る。光源1としては、既存のすべての光
源が利用できるが、例えば三次高調波発生にはYAGレ
ーザ光1.06μm の光パラメトリック発振に基づく
1.92.1μmの光が用いられる。
FIG. 1 shows an example of a well-known nonlinear optical element according to the present invention. The output light 6 of the light source 1 is applied to the non-linear optical medium sample 3 of the polyurea polymer according to the present invention through the semi-transmissive mirror 2,
, The output light 7 is obtained. Here, by known techniques to place the resonance position adapted semitransparent mirror 2 and 4 to use light, it is possible to enable an effective non-linear response or a bi-stable operation in the optical operation against the incident light of the output light it can. FIG. 2
As shown in (1), the operation can be performed more efficiently by using the return light 11 that has passed through the semi-transmissive mirrors 8, 9 and the reflecting mirror 10. As shown in FIG. 3, it is also possible to perform an optical operation using the incident light as the sum of the light beams 6 and 12, using one as the pump light and the other as the probe light. As the light source 1, all existing light sources can be used. For example, light of 1.9 to 2.1 μm based on optical parametric oscillation of YAG laser light of 1.06 μm is used for the third harmonic generation.

【0055】[0055]

【実施例】以下実施例を用いて、本発明の効果を更に具
体的に説明する。
EXAMPLES The effects of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples.

【0056】〈実施例1〉1.30gのα,α′−ジア
ニリノ−p−キシレンと1.13gの4,4′−ジフェ
ニルメタンジイソシアネートを8mlのsym−テトラ
クロロエタン中で、窒素雰囲気下で80℃,12時間縮
合した。得られた粘調な溶液をクロロホルムで稀釈し、
300mlのメタノール中に拡散して、得た沈殿を濾過
後60℃で真空乾燥した。収量1.0g 。繰返し単位が
下記構造式のN−フェニルポリ尿素である。最大吸収波
長(λmax )258nm、ガラス転移点125℃であ
り、空気中では、290℃付近より熱分解した。この高
分子をクロロホルムにより溶液として塗工した薄膜をポ
ーリングしたところ、良好な二次高調波発生を確認し
た。
Example 1 1.30 g of α, α'-dianilino-p-xylene and 1.13 g of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate were placed in 8 ml of sym-tetrachloroethane at 80 ° C. under a nitrogen atmosphere. , For 12 hours. The resulting viscous solution was diluted with chloroform,
The precipitate was diffused in 300 ml of methanol, and the obtained precipitate was filtered and dried at 60 ° C. under vacuum. Yield 1.0 g. The repeating unit is N-phenylpolyurea of the following structural formula. It had a maximum absorption wavelength (λmax) of 258 nm and a glass transition point of 125 ° C., and was thermally decomposed in air at around 290 ° C. When a thin film obtained by applying this polymer as a solution with chloroform was polled, favorable second harmonic generation was confirmed.

【0057】[0057]

【化21】 Embedded image

【0058】〈実施例2〉p−ニトロアニリンとホルム
アルデビドから合成したジ(p−ニトロフェニルアミ
ノ)メタン1.30gと1.13gの4,4′−ジフェニ
ルメタンジイソシアネートを8mlのsym−テトラク
ロロエタン中で、室温で二時間重合し、一昼夜放置して
沈殿を形成して、濾過後60℃で真空乾燥した。収量
1.30g 。繰返し単位が下記構造式のp−ニトロアニ
リンをグラフトしたポリ尿素である。最大吸収波長(λ
max )390nm。この高分子を塗工した薄膜をポーリ
ングしたところ、良好な二次高調波発生を確認した。
Example 2 1.30 g of di (p-nitrophenylamino) methane synthesized from p-nitroaniline and formaldehyde and 1.13 g of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate in 8 ml of sym-tetrachloroethane The mixture was polymerized at room temperature for 2 hours, left to stand for a day to form a precipitate, filtered, and dried at 60 ° C. under vacuum. Yield 1.30 g. The repeating unit is a polyurea in which p-nitroaniline having the following structural formula is grafted. Maximum absorption wavelength (λ
max) 390 nm. When this polymer-coated thin film was polled, good second harmonic generation was confirmed.

【0059】[0059]

【化22】 Embedded image

【0060】〈実施例3〉2−アニリノ−4−アミノア
ニリノ−6−アミノフェニル−1,3,5−トリアジン
と芳香族ジイソシアネートをジメチルアセトアミド中で
縮合して、1,3,5−トリアジン環を有するポリ尿素
を得た。合成の詳細は、J.K.Lin 外:Journal of Polym
er Science,第40巻、2113頁(1990年)記載
の方法に従った。この高分子のガラス転移点はほぼ20
0℃であり、300℃までは安定であった。又、これら
高分子は、ジメチルフォルムアミド,ジメチルアセトア
ミド,ジメチルスルフォキシド及びN−メチル−2−ピ
ロリドンに溶解し、成膜可能であった。
Example 3 2-anilino-4-aminoanilino-6-aminophenyl-1,3,5-triazine and an aromatic diisocyanate were condensed in dimethylacetamide to form a 1,3,5-triazine ring. A polyurea was obtained. Details of synthesis are outside JKLin: Journal of Polym
er Science, vol. 40, p. 2113 (1990). The glass transition point of this polymer is approximately 20
It was 0 ° C. and stable up to 300 ° C. These polymers were dissolved in dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and N-methyl-2-pyrrolidone to form a film.

【0061】〈実施例4〉p−キシレンジアミンとp−
フルオロニトロベンゼンより合成した1.7g のα,
α′−ジニトロアニリノ−p−キシレンと1.13g の
4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートをジメチ
ルホルムアミド中で重合した。収量2.0g。繰返し単
位が下記構造式のp−ニトロアニリンをグラフトしたポ
リ尿素である。最大吸収波長(λmax )378nm。こ
の高分子は、p−ニトロアニリンに類似した構造の側鎖
を有し、非線形光学特性に活性であった。
Example 4 p-xylenediamine and p-
1.7 g of α, synthesized from fluoronitrobenzene
α'-Dinitroanilino-p-xylene and 1.13 g of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate were polymerized in dimethylformamide. Yield 2.0 g. The repeating unit is a polyurea in which p-nitroaniline having the following structural formula is grafted. Maximum absorption wavelength (λmax) 378 nm. This polymer had side chains with a structure similar to p-nitroaniline and was active in nonlinear optical properties.

【0062】[0062]

【化23】 Embedded image

【0063】〈実施例5〉2−メチル−4−ニトロアニ
リンとホルムアルデヒドから合成したジ(2−メチル−
4−ニトロフェニルアミノ)メタンと4,4′−ジフェ
ニルメタンジイソシアネートを重合し、繰返し単位が下
記構造式のポリ尿素を得た。最大吸収波長(λmax )3
90nm。この高分子を塗工した薄膜をポーリングした
ところ、良好な二次高調波発生を確認した。
EXAMPLE 5 Di (2-methyl-nitro-aniline) synthesized from 2-methyl-4-nitroaniline and formaldehyde
By polymerizing 4-nitrophenylamino) methane and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, a polyurea having a repeating unit represented by the following structural formula was obtained. Maximum absorption wavelength (λmax) 3
90 nm. When this polymer-coated thin film was polled, good second harmonic generation was confirmed.

【0064】[0064]

【化24】 Embedded image

【0065】〈実施例6〉4−アミノ安息香酸メチルと
ホルムアルデヒドから合成したジ(4−カルボキシメチ
ルフェニルアミノ)メタンと4,4′−ジフェニルメタ
ンジイソシアネートを重合し、繰返し単位が下記構造式
のポリ尿素を得た。最大吸収波長(λmax )310nm。
この高分子を塗工した薄膜をポーリングしたところ、良
好な二次高調波発生を確認した。
Example 6 Di (4-carboxymethylphenylamino) methane synthesized from methyl 4-aminobenzoate and formaldehyde was polymerized with 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, and a polyurea having a repeating unit represented by the following structural formula: I got Maximum absorption wavelength (λmax) 310 nm.
When this polymer-coated thin film was polled, good second harmonic generation was confirmed.

【0066】[0066]

【化25】 Embedded image

【0067】〈実施例7〉2−アミノ−5−ニトロピリ
ジンとホルムアルデヒドから合成したジ(2−ニトロ−
2−ピリジルアミノ)メタンと4,4′−ジフェニルメ
タンジイソシアネートを重合し、繰返し単位が下記構造
式のポリ尿素を得た。最大吸収波長(λmax )310n
m。この高分子を塗工した薄膜をポーリングしたとこ
ろ、良好な二次高調波発生を確認した。
Example 7 Di (2-nitro-nitropyridine) synthesized from 2-amino-5-nitropyridine and formaldehyde
By polymerizing 2-pyridylamino) methane and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, a polyurea having a repeating unit represented by the following structural formula was obtained. Maximum absorption wavelength (λmax) 310n
m. When this polymer-coated thin film was polled, good second harmonic generation was confirmed.

【0068】[0068]

【化26】 Embedded image

【0069】<実施例8> 本願に含まれる下記繰返し単位に示すN−フェニルポリ
尿素2種(各々a)及びb)よりなる重合体)を80℃
の温度条件でスピンコートしフィルムを作製した。次に
130℃の温度条件で、68kVの電場で、60分か
けてポーリングを行った。このフィルムに対し、パルス
幅10ns,繰返し周期10HzのNd:YAGレーザ
光(1.06μm)を光源として、メーカーフリンジ法で
2次非線形光学定数dを測定した。測定は石英d11=
1.19×10-9esu を標準とした。表1に示す非線
形光学定数が得られ、本願の高分子が透明性のみならず
非線形光学特性にも優れることが判明した。なお、d33
及びd31の比は一方向への配向より予想される値の1/
3の値に近く実験の確実性を確認した。また、吸収端に
相当するカットオフ波長はいずれも短波長で、特にa重
合体は307nmと従来を大幅に短縮する値を示した。
Example 8 A polymer comprising two kinds of N-phenylpolyureas (each a) and b) shown in the following repeating unit) contained in the present application was heated to 80 ° C.
Was spin-coated under the following temperature conditions to produce a film. Next, polling was performed at 130 ° C. for 60 minutes in an electric field of 6 to 8 kV. Using a Nd: YAG laser beam (1.06 μm) having a pulse width of 10 ns and a repetition period of 10 Hz as a light source, a second-order nonlinear optical constant d of the film was measured by a maker fringe method. The measurement was quartz d11 =
1.19 × 10 −9 esu was used as a standard. The nonlinear optical constants shown in Table 1 were obtained, and it was found that the polymer of the present application was excellent not only in transparency but also in nonlinear optical characteristics. Note that d33
And the ratio of d31 is 1 / of the value expected from the orientation in one direction.
A value close to 3 confirmed the reliability of the experiment. Moreover, both the cutoff wavelength corresponding to the absorption edge in the short wavelength, especially a heavy
The union showed a value of 307 nm, which is much shorter than the conventional value.

【0070】[0070]

【化27】 Embedded image

【0071】[0071]

【化28】 Embedded image

【0072】[0072]

【表1】 [Table 1]

【0073】〈実施例9〉下記に示す繰返し単位よりな
る本発明のポリ尿素(c),d),e)及びf)よりな
る重合体)の特性測定結果を表2に示す。いずれも高い
分解温度,非線形特性と透明性を示し、本発明の効果は
明らかである。
Example 9 Table 2 shows the characteristic measurement results of the polyurea (c), (d), polymer (e) and f) of the present invention comprising the following repeating units. All show high decomposition temperature, non-linear characteristics and transparency, and the effect of the present invention is clear.

【0074】[0074]

【化29】 Embedded image

【0075】[0075]

【表2】 [Table 2]

【0076】[0076]

【発明の効果】本発明によれば新規なポリ尿素系高分子
により、非線形光学特性に優れた光学素子が得られた。
According to the present invention , an optical element having excellent nonlinear optical characteristics can be obtained by using the novel polyurea-based polymer.

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

【図1】本発明の第一の実施例の非線形光学素子の説明
図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a nonlinear optical element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施例の非線形光学素子の説明
図。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a nonlinear optical element according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三の実施例の非線形光学素子の説明
図。
FIG. 3 is an explanatory view of a nonlinear optical element according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2,4,8,9…半透過鏡、3…非線形光学
媒体、5…偏光板、6…入射光、7…出力光。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2, 4, 8, 9 ... Semi-transmissive mirror, 3 ... Non-linear optical medium, 5 ... Polarizer, 6 ... Incident light, 7 ... Output light.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−174523(JP,A) 特開 平4−362618(JP,A) JOURNAL OF POLYME R SCIENCE:PART A:P OLYMER CHEMISTRY,V OL.25 PP.2185−2193 JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSIC S,VOL.30 NO.10A PP.L 1737−1740 JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSIC S,VOL.28 NO.12 PP.L 2245−2247 第52回応用物理学会学術講演会予稿集 第3分冊 P.1125 「11P−T−3 蒸着重合ポリュリア 薄膜の電場配向による第2高調波発生と 緩和特性」 J.APPL.POLYM.SC I.,VOL.40 NO.11/12 P P.2113−2122 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/35 - 3/02 C08G 18/32 CA(STN) REGISTRY(STN)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-3-174523 (JP, A) JP-A-4-362618 (JP, A) JOURNAL OF POLYMER R SCIENCE: PART A: POLYMER CHEMISTRY, VOL. 25 PP. 2185-2193 JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS S, VOL. 30 NO. 10A PP. L 1737-1740 JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS S, VOL. 28 NO. 12 PP. Proceedings of the 52nd Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics 3rd volume P.L. 1125 “Second harmonic generation and relaxation characteristics of 11PT-3 vapor-deposited polymerized thin film by electric field orientation” APPL. POLYM. SCI. , VOL. 40 NO. 11/12 P.P. 2113-2122 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/35-3/02 C08G 18/32 CA (STN) REGISTRY (STN)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光を入射する面及び光を出射する面を有す
る非線形光学媒体を備えた非線形光学素子において、前
記非線形光学媒体として下記一般式(化1)で表される
繰返し単位を有するポリ尿素系高分子を用いることを特
徴とする非線形光学素子。 【化1】 (但し、Aは置換されていてもよい下記構造式(化
1′)で示される芳香族基であり、Bはメチレン鎖,置
換されていてもよい下記構造式(化1′)で示される芳
香族基,ベンゼン,ビフェニル,ターフェニル,スチル
ベン,アゾベンゼン,ベンジリデン,ジフェニルメタ
ン,ジフェニルエーテル,ジフェニルチオエーテル,ア
クリジン,フルオレン,インドール,ヘテロ環から選ば
れる芳香環基であり、X,Yは、水素原子、又は置換さ
れていてもよいベンゼン,ビフェニル,ピリジン,アゾ
ベンゼン,ベンジリデンから選ばれた芳香環基であ
る。) 【化2】
1. A nonlinear optical element having a nonlinear optical medium having a light incident surface and a light emitting surface, wherein the nonlinear optical medium includes a poly-element having a repeating unit represented by the following general formula (Formula 1). A non-linear optical element using a urea-based polymer. Embedded image (Where A is an optionally substituted structural formula:
1 ′) is an aromatic group, wherein B is a methylene chain,
Optionally represented by the following structural formula (Chemical Formula 1 ')
An aromatic group selected from an aromatic group , benzene, biphenyl, terphenyl, stilbene, azobenzene, benzylidene, diphenylmethane, diphenylether, diphenylthioether, acridine, fluorene, indole, and a heterocycle, and X and Y are hydrogen atoms or It is an aromatic ring group selected from benzene, biphenyl, pyridine, azobenzene, and benzylidene which may be substituted. )
【請求項2】請求項1において、前記Xがパラ位にニト
ロ基,シアノ基,カルボキシル基,カルボキシルエステ
ル基から選ばれた置換基であるポリ尿素系高分子を用い
ることを特徴とする非線形光学素子。
2. A nonlinear optical system according to claim 1, wherein said X is a polyurea polymer in the para position selected from a nitro group, a cyano group, a carboxyl group and a carboxylester group. element.
【請求項3】請求項1において、前記ポリ尿素系高分子
として1,3,5−トリアジン環を含むポリ尿素系高分
子を用いることを特徴とする非線形光学素子。
3. The nonlinear optical element according to claim 1, wherein a polyurea-based polymer containing a 1,3,5-triazine ring is used as the polyurea-based polymer.
【請求項4】請求項1において、前記ポリ尿素系高分子
として分子量100〜550,000のポリ尿素系高分子を用いる
ことを特徴とする非線形光学素子。
4. A nonlinear optical element according to claim 1, wherein a polyurea polymer having a molecular weight of 100 to 550,000 is used as said polyurea polymer.
【請求項5】請求項1において、前記ポリ尿素系高分子
として無処理又はポーリング処理したポリ尿素系高分子
を用いることを特徴とする非線形光学素子。
5. The nonlinear optical element according to claim 1, wherein an untreated or polled polyurea-based polymer is used as the polyurea-based polymer.
【請求項6】請求項1において、前記ポリ尿素系高分子
として400nm以下のカットオフ波長を有するポリ尿
素系高分子を用いることを特徴とする非線形光学素子。
6. A nonlinear optical element according to claim 1, wherein a polyurea-based polymer having a cutoff wavelength of 400 nm or less is used as said polyurea-based polymer.
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JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,VOL.30 NO.10A PP.L1737−1740
JOURNAL OF POLYMER SCIENCE:PART A:POLYMER CHEMISTRY,VOL.25 PP.2185−2193
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