JP2796608B2 - 非線形光学材料 - Google Patents
非線形光学材料Info
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- JP2796608B2 JP2796608B2 JP6206536A JP20653694A JP2796608B2 JP 2796608 B2 JP2796608 B2 JP 2796608B2 JP 6206536 A JP6206536 A JP 6206536A JP 20653694 A JP20653694 A JP 20653694A JP 2796608 B2 JP2796608 B2 JP 2796608B2
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- nonlinear optical
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- optical material
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新規な非線形光学材料、
さらに詳しくは、高速で二次元空間での非線形光学特性
を制御することが可能であり、かつ経時安定性及び加工
性に優れる非線形光学材料に関するものである。
さらに詳しくは、高速で二次元空間での非線形光学特性
を制御することが可能であり、かつ経時安定性及び加工
性に優れる非線形光学材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非線形光学材料は、レーザー光の強電界
下で二次以上の非線形応答を示す材料であって、現象的
には周波数変換、発振、スイッチングなどの種々の効果
をもたらすことから、従来、レーザー発振装置などにお
いて、光波長変換素子や光シャッターなどとして利用さ
れている。さらに近年、高速スイッチング素子、光理論
ゲート、光トランジスターなど、光コンピュータ実現の
ために必要不可欠な素材として注目されており、新しい
材料の開発研究が積極的に行われている。この非線形光
学材料としては、これまで、リン酸二水素カリウムやニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）などの無機結晶が実用
に供されており、また、尿素、ｐ‐ニトロアニリン、２
‐メチル‐４‐ニトロアニリン、シアニン色素、ポリジ
アセチレンなどの有機結晶が知られている。
下で二次以上の非線形応答を示す材料であって、現象的
には周波数変換、発振、スイッチングなどの種々の効果
をもたらすことから、従来、レーザー発振装置などにお
いて、光波長変換素子や光シャッターなどとして利用さ
れている。さらに近年、高速スイッチング素子、光理論
ゲート、光トランジスターなど、光コンピュータ実現の
ために必要不可欠な素材として注目されており、新しい
材料の開発研究が積極的に行われている。この非線形光
学材料としては、これまで、リン酸二水素カリウムやニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）などの無機結晶が実用
に供されており、また、尿素、ｐ‐ニトロアニリン、２
‐メチル‐４‐ニトロアニリン、シアニン色素、ポリジ
アセチレンなどの有機結晶が知られている。
【０００３】ところで、光波長変換素子、光シャッタ
ー、高速光スイッチング素子、光理論ゲート素子、空間
情報素子などに、非線形光学材料を利用する場合、この
非線形光学材料は、通常、導波路などに加工して用いら
れるが、その加工にはレジスト材料を用いた塗布、露
光、現像、エッチング、オーバーコートなどの多段階の
工程が必要となり、また、導波路デバイスとして利用す
る場合には、画像情報のような本来二次元の情報を一次
元の情報に変換して処理するために効率が悪いなどの欠
点がある。したがって、二次元面内の非線形光学特性
を、光などの外部からの刺激を与えることにより空間的
に高い解像力で変化させることができれば、導波路など
の素子への加工が容易になるとともに、大量の情報を並
列処理することが可能となる平面光デバイスへの応用も
拓ける。
ー、高速光スイッチング素子、光理論ゲート素子、空間
情報素子などに、非線形光学材料を利用する場合、この
非線形光学材料は、通常、導波路などに加工して用いら
れるが、その加工にはレジスト材料を用いた塗布、露
光、現像、エッチング、オーバーコートなどの多段階の
工程が必要となり、また、導波路デバイスとして利用す
る場合には、画像情報のような本来二次元の情報を一次
元の情報に変換して処理するために効率が悪いなどの欠
点がある。したがって、二次元面内の非線形光学特性
を、光などの外部からの刺激を与えることにより空間的
に高い解像力で変化させることができれば、導波路など
の素子への加工が容易になるとともに、大量の情報を並
列処理することが可能となる平面光デバイスへの応用も
拓ける。
【０００４】ところで、これまでのホトクロミックメモ
リー材料においては、記録の読みだしを吸光度の変化や
発光強度の変化をモニターすることで達成していたが、
この方法では、ホトクロミック化合物が吸収する波長の
光を照射する必要があり、そのため記録の読みだしを続
けると、徐々に光反応が生じ記録が破壊されてしまうと
いう欠点があった。これに対し、非線形光学特性の変化
は、化合物が全く吸収を示さない波長の光で読みだすこ
とが可能であるため、ホトクロミック反応に伴い非線形
光学特性が大きく変化する材料を開発すれば、非破壊で
記録の読みだしを行いうることが期待できる。
リー材料においては、記録の読みだしを吸光度の変化や
発光強度の変化をモニターすることで達成していたが、
この方法では、ホトクロミック化合物が吸収する波長の
光を照射する必要があり、そのため記録の読みだしを続
けると、徐々に光反応が生じ記録が破壊されてしまうと
いう欠点があった。これに対し、非線形光学特性の変化
は、化合物が全く吸収を示さない波長の光で読みだすこ
とが可能であるため、ホトクロミック反応に伴い非線形
光学特性が大きく変化する材料を開発すれば、非破壊で
記録の読みだしを行いうることが期待できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情のもとで、高速で二次元空間での非線形光学特性を光
によって制御することが可能であり、かつ経時安定性及
び加工性が優れた新規な非線形光学材料を提供すること
を目的としてなされたものである。
情のもとで、高速で二次元空間での非線形光学特性を光
によって制御することが可能であり、かつ経時安定性及
び加工性が優れた新規な非線形光学材料を提供すること
を目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、利用分野
の広い新規な非線形光学材料を開発すべく鋭意研究を重
ねた結果、単独では非線形光学材料として利用すること
ができない高分子のマトリックス中に、ホトクロミック
化合物を高濃度で含有させた材料は、光照射前後で異な
る非線形光学特性を示し、かつ経時安定性及び加工性が
優れたものであることを見出し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至った。
の広い新規な非線形光学材料を開発すべく鋭意研究を重
ねた結果、単独では非線形光学材料として利用すること
ができない高分子のマトリックス中に、ホトクロミック
化合物を高濃度で含有させた材料は、光照射前後で異な
る非線形光学特性を示し、かつ経時安定性及び加工性が
優れたものであることを見出し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至った。
【０００７】すなわち、本発明は、非線形光学活性を示
さない高分子マトリックス中に、光照射若しくは光照射
と熱処理との組合せにより可逆的又は非可逆的に光吸収
変化を示す化合物を、材料全重量に基づき３０〜９０重
量％の割合で含有させたことを特徴とする非線形光学材
料を提供するものである。ここで、「非線形光学活性を
示さない高分子マトリックス」とは、単独では非線形光
学材料として利用しうる程度の光学活性を有しない高分
子から成るマトリックスをいう。
さない高分子マトリックス中に、光照射若しくは光照射
と熱処理との組合せにより可逆的又は非可逆的に光吸収
変化を示す化合物を、材料全重量に基づき３０〜９０重
量％の割合で含有させたことを特徴とする非線形光学材
料を提供するものである。ここで、「非線形光学活性を
示さない高分子マトリックス」とは、単独では非線形光
学材料として利用しうる程度の光学活性を有しない高分
子から成るマトリックスをいう。
【０００８】本発明の非線形光学材料においては、非線
形光学活性を示さない高分子マトリックス中に、光照射
若しくは光照射と熱処理との組合せにより可逆的又は非
可逆的に光吸収変化を示す化合物（以下、ホトクロミッ
ク化合物と称する）を含有させることが必要である。こ
のようなホトクロミック化合物としては、例えばスピロ
ピラン、フルギド、アゾベンゼン、スピロオキサジン、
ジアリールエテンなど又はこれらの誘導体、あるいはビ
イミダゾール誘導体とロイコ色素との組合せ、有機ハロ
ゲン化合物とロイコ色素との組合せなどを挙げることが
できる。
形光学活性を示さない高分子マトリックス中に、光照射
若しくは光照射と熱処理との組合せにより可逆的又は非
可逆的に光吸収変化を示す化合物（以下、ホトクロミッ
ク化合物と称する）を含有させることが必要である。こ
のようなホトクロミック化合物としては、例えばスピロ
ピラン、フルギド、アゾベンゼン、スピロオキサジン、
ジアリールエテンなど又はこれらの誘導体、あるいはビ
イミダゾール誘導体とロイコ色素との組合せ、有機ハロ
ゲン化合物とロイコ色素との組合せなどを挙げることが
できる。
【０００９】一方、非線形光学活性を示さない高分子マ
トリックスについては特に制限はなく、例えばポリメチ
ルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール、ポリカー
ボネート、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート
など、任意の高分子化合物を用いることができる。
トリックスについては特に制限はなく、例えばポリメチ
ルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール、ポリカー
ボネート、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート
など、任意の高分子化合物を用いることができる。
【００１０】本発明においては、前記ホトクロミック化
合物は、非線形光学活性を示さない高分子マトリックス
中に、非線形光学材料全重量に基づき３０〜９０重量％
の割合で含有させることが必要である。この含有量が３
０重量％未満では非線形光学特性の変化が小さく、不十
分であるし、９０重量％を超えると該ホトクロミック化
合物が凝集して結晶化し、非線形光学特性を減衰させる
おそれがあり、また加工性が低下する。
合物は、非線形光学活性を示さない高分子マトリックス
中に、非線形光学材料全重量に基づき３０〜９０重量％
の割合で含有させることが必要である。この含有量が３
０重量％未満では非線形光学特性の変化が小さく、不十
分であるし、９０重量％を超えると該ホトクロミック化
合物が凝集して結晶化し、非線形光学特性を減衰させる
おそれがあり、また加工性が低下する。
【００１１】該ホトクロミック化合物を非線形光学活性
を示さない高分子マトリックス中に分散させる方法につ
いては特に制限はなく、種々の方法を用いることができ
る。例えば、適当な溶媒中にホトクロミック化合物と高
分子化合物とを溶解させて溶液を調製するか、あるいは
高分子化合物を溶融し、これにホトクロミック化合物を
添加したのち、コーティングやキャスティングなどの方
法により、所望の非線形光学材料を製造することができ
る。
を示さない高分子マトリックス中に分散させる方法につ
いては特に制限はなく、種々の方法を用いることができ
る。例えば、適当な溶媒中にホトクロミック化合物と高
分子化合物とを溶解させて溶液を調製するか、あるいは
高分子化合物を溶融し、これにホトクロミック化合物を
添加したのち、コーティングやキャスティングなどの方
法により、所望の非線形光学材料を製造することができ
る。
【００１２】このようにして得られた本発明の非線形光
学材料は、光照射若しくは光照射と熱処理との組合せに
より、可逆的又は非可逆的に光吸収変化を示すととも
に、非線形光学特性が変化する。マスクを用いるか、レ
ーザーの変調と走査を使って材料を部分的に照射するこ
とにより、部分的に非線形光学特性が異なる状態にする
ことができる。一般に光反応は高速に起こるため、光強
度のレーザーを用いれば、非線形光学特性の二次元空間
での制御を、ピコ秒からフェムト秒といった短時間のう
ちに行うことが可能である。
学材料は、光照射若しくは光照射と熱処理との組合せに
より、可逆的又は非可逆的に光吸収変化を示すととも
に、非線形光学特性が変化する。マスクを用いるか、レ
ーザーの変調と走査を使って材料を部分的に照射するこ
とにより、部分的に非線形光学特性が異なる状態にする
ことができる。一般に光反応は高速に起こるため、光強
度のレーザーを用いれば、非線形光学特性の二次元空間
での制御を、ピコ秒からフェムト秒といった短時間のう
ちに行うことが可能である。
【００１３】また、本発明の非線形光学材料において
は、非線形光学特性に係るホトクロミック化合物を３０
〜９０重量％と高濃度で含有しているため、非線形光学
特性の変化が大きく、しかも高分子化合物が１０〜７０
重量％含まれているため、加工性が良く、かつ該ホトク
ロミック化合物が凝集して結晶化し、非線形光学特性を
減衰させることもない。
は、非線形光学特性に係るホトクロミック化合物を３０
〜９０重量％と高濃度で含有しているため、非線形光学
特性の変化が大きく、しかも高分子化合物が１０〜７０
重量％含まれているため、加工性が良く、かつ該ホトク
ロミック化合物が凝集して結晶化し、非線形光学特性を
減衰させることもない。
【００１４】
【発明の効果】本発明の非線形光学材料は、非線形光学
材料として利用できない高分子のマトリックス中にホト
クロミック化合物を高濃度で含有させたものであって、
高速で二次元空間での非線形光学特性を光によって制御
することが可能である上、経時安定性及び加工性に優れ
ており、例えば二次元空間で並列的に作動する光波長変
換素子、光シャッター、高速光スイッチング素子、光理
論ゲート素子、空間情報素子などの素材として好適であ
る。
材料として利用できない高分子のマトリックス中にホト
クロミック化合物を高濃度で含有させたものであって、
高速で二次元空間での非線形光学特性を光によって制御
することが可能である上、経時安定性及び加工性に優れ
ており、例えば二次元空間で並列的に作動する光波長変
換素子、光シャッター、高速光スイッチング素子、光理
論ゲート素子、空間情報素子などの素材として好適であ
る。
【００１５】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。
【００１６】実施例１ 式
【化１】 で表わされるスピロピラン誘導体０．２４ｇとポリメチ
ルメタクリレート（アルドリッチ社製、分子量１２００
０）０．２４ｇをクロロホルム５ｍｌに溶解したのち、
この溶液を石英基板上に回転数１５００ｒｐｍでスピン
コートし、厚さ約３００ｎｍの無色の薄膜を得た。
ルメタクリレート（アルドリッチ社製、分子量１２００
０）０．２４ｇをクロロホルム５ｍｌに溶解したのち、
この溶液を石英基板上に回転数１５００ｒｐｍでスピン
コートし、厚さ約３００ｎｍの無色の薄膜を得た。
【００１７】次いで、この薄膜の一部を黒色フィルムで
覆い、５００Ｗ水銀灯からフィルターを使って取り出し
た３６５ｎｍ光を約１０分間照射して、照射部のみが紫
色に変化した試料を得た。この試料を３０℃に保持した
オーブンに１２時間保存することにより、照射部のみが
青色に変化した。
覆い、５００Ｗ水銀灯からフィルターを使って取り出し
た３６５ｎｍ光を約１０分間照射して、照射部のみが紫
色に変化した試料を得た。この試料を３０℃に保持した
オーブンに１２時間保存することにより、照射部のみが
青色に変化した。
【００１８】次に、試料の無色部と青色部の三次非線形
光学定数を、それぞれＴＨＧ Ｍａｋｅｒフリンジ測定
で評価した結果、無色部では１０-13ｅｓｕオーダーで
あるのに対し、青色部では１０-12ｅｓｕオーダーと１
０倍の違いがあった。さらに、この薄膜を室温、空気中
に放置しても、吸湿や発色化合物の結晶化などは認めら
れず、光学的均一性を保持する安定な材料であることが
確認された。
光学定数を、それぞれＴＨＧ Ｍａｋｅｒフリンジ測定
で評価した結果、無色部では１０-13ｅｓｕオーダーで
あるのに対し、青色部では１０-12ｅｓｕオーダーと１
０倍の違いがあった。さらに、この薄膜を室温、空気中
に放置しても、吸湿や発色化合物の結晶化などは認めら
れず、光学的均一性を保持する安定な材料であることが
確認された。
【００１９】実施例２ 式
【化２】 で表わされるフルギド誘導体０．０２ｇとポリメチルメ
タクリレート（サイエンスポリマープロドクツ社製、分
子量３３０００）０．０２ｇをクロロホルム１ｍｌに溶
解し、この溶液を石英基板上に回転数１０００ｒｐｍで
スピンコートし、厚さ約７００ｎｍの黄色の薄膜を得
た。
タクリレート（サイエンスポリマープロドクツ社製、分
子量３３０００）０．０２ｇをクロロホルム１ｍｌに溶
解し、この溶液を石英基板上に回転数１０００ｒｐｍで
スピンコートし、厚さ約７００ｎｍの黄色の薄膜を得
た。
【００２０】次いで、この薄膜の一部を黒色フィルムで
覆い、５００Ｗ水銀灯からフィルターを使って取り出し
た３６５ｎｍの光を約６０分間照射して、照射部のみが
青色に変化した試料を得た。
覆い、５００Ｗ水銀灯からフィルターを使って取り出し
た３６５ｎｍの光を約６０分間照射して、照射部のみが
青色に変化した試料を得た。
【００２１】次に、試料の無色部と青色部の三次非線形
光学定数を、それぞれＴＨＧ Ｍａｋｅｒフリンジ測定
で評価した結果、５５０〜５７０ｎｍの光に対し、無色
部では１．０×１０-13ｅｓｕであるのに対し、青色部
では１．５×１０-13ｅｓｕと１．５倍の違いがあっ
た。さらに、この薄膜を室温、空気中に放置しても、吸
湿や発色化合物の結晶化などは認められず、光学的均一
性を保持する安定な材料であることが確認された。
光学定数を、それぞれＴＨＧ Ｍａｋｅｒフリンジ測定
で評価した結果、５５０〜５７０ｎｍの光に対し、無色
部では１．０×１０-13ｅｓｕであるのに対し、青色部
では１．５×１０-13ｅｓｕと１．５倍の違いがあっ
た。さらに、この薄膜を室温、空気中に放置しても、吸
湿や発色化合物の結晶化などは認められず、光学的均一
性を保持する安定な材料であることが確認された。
【００２２】実施例３ 実施例１で作成した薄膜の青色変化部分に、波長１．０
６μｍ、パルス幅２５ピコ秒のＮｄ：ＹＡＧレーザー光
をポンプ光として約１ギガワット／ｃｍ2の強度で照射
し、その際の光透過率変化を同じＮｄ：ＹＡＧレーザー
光をプローブ光に用いて測定した。
６μｍ、パルス幅２５ピコ秒のＮｄ：ＹＡＧレーザー光
をポンプ光として約１ギガワット／ｃｍ2の強度で照射
し、その際の光透過率変化を同じＮｄ：ＹＡＧレーザー
光をプローブ光に用いて測定した。
【００２３】ポンプ光とプローブ光が試料薄膜に到達す
る相関時間を光路長を増減させることによって変化させ
ると、ちょうど同じ時刻にポンプ光とプローブ光が薄膜
試料に到達したとき、２光子吸収という非線形光学効果
によって透過率が減少する光誘導吸収増大が最大とな
り、透過率変化約１５％が観測された。この非線形光学
効果による透過率変化は、ポンプ光とプローブ光の薄膜
到達時間の差をレーザーパルス幅より大きな３０ピコ秒
とすると全く観測されなくなったので、この現象はピコ
秒オーダーの高速光スイッチングである。一方、同じ試
料の無色部分について同様な測定を行ったところ、透過
率変化は１％以下と小さく、ノイズレベルと十分分離し
て観測することは困難であった。
る相関時間を光路長を増減させることによって変化させ
ると、ちょうど同じ時刻にポンプ光とプローブ光が薄膜
試料に到達したとき、２光子吸収という非線形光学効果
によって透過率が減少する光誘導吸収増大が最大とな
り、透過率変化約１５％が観測された。この非線形光学
効果による透過率変化は、ポンプ光とプローブ光の薄膜
到達時間の差をレーザーパルス幅より大きな３０ピコ秒
とすると全く観測されなくなったので、この現象はピコ
秒オーダーの高速光スイッチングである。一方、同じ試
料の無色部分について同様な測定を行ったところ、透過
率変化は１％以下と小さく、ノイズレベルと十分分離し
て観測することは困難であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岡 亜夫 千葉県船橋市本中山３丁目22−７ (72)発明者 長谷川 寛 千葉県千葉市若葉区北大宮台19−１ (56)参考文献 特開 平６−317819（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35 504 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 非線形光学活性を示さない高分子マトリ
ックス中に、光照射若しくは光照射と熱処理との組合せ
により可逆的又は非可逆的に光吸収変化を示す化合物
を、材料全重量に基づき３０〜９０重量％の割合で含有
させたことを特徴とする非線形光学材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6206536A JP2796608B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 非線形光学材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6206536A JP2796608B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 非線形光学材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0869023A JPH0869023A (ja) | 1996-03-12 |
| JP2796608B2 true JP2796608B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=16524999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6206536A Expired - Lifetime JP2796608B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 非線形光学材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2796608B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6114152B2 (ja) * | 2012-12-07 | 2017-04-12 | パイロットインキ株式会社 | フォトクロミック材料 |
| JP6081295B2 (ja) * | 2013-05-30 | 2017-02-15 | パイロットインキ株式会社 | 可逆光変色性マイクロカプセル顔料 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06317819A (ja) * | 1993-04-30 | 1994-11-15 | Unitika Ltd | 非線形光学材料、非線形光導波路素子及び非線形光導波路素子の形成法 |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP6206536A patent/JP2796608B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0869023A (ja) | 1996-03-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |