JP3458414B2 - Organic nonlinear optical element and manufacturing method thereof - Google Patents

Organic nonlinear optical element and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JP3458414B2
JP3458414B2 JP22176893A JP22176893A JP3458414B2 JP 3458414 B2 JP3458414 B2 JP 3458414B2 JP 22176893 A JP22176893 A JP 22176893A JP 22176893 A JP22176893 A JP 22176893A JP 3458414 B2 JP3458414 B2 JP 3458414B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nonlinear optical
organic
organic nonlinear
film
optical element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP22176893A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0772519A (en
Inventor
義 石橋
伸利 浅井
一郎 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP22176893A priority Critical patent/JP3458414B2/en
Publication of JPH0772519A publication Critical patent/JPH0772519A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3458414B2 publication Critical patent/JP3458414B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

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、光通信、光ディスク、
光情報処理などの光エレクトロニクスシステムに用いら
れる有機非線形光学素子に係わり、詳細には導波路型非
線形光学素子に関するものであり、またその製法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to optical communication, optical disks,
The present invention relates to an organic nonlinear optical element used in an optoelectronic system such as optical information processing, more specifically to a waveguide type nonlinear optical element and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大容量の情報を伝達・処理するこ
との可能な光通信、光ディスク、光情報処理等の光エレ
クトロニクスシステムが注目されている。そして、これ
らの技術を確立するために、優れた非線形光学素子の開
発が望まれている。なお、上記非線形光学素子として
は、基板上に非線形光学材料膜よりなる導波路が形成さ
れた導波路型非線形光学素子が一般的であり、上記非線
形光学材料としては、無機非線形光学材料と有機非線形
光学材料が挙げられる。このとき、上記無機非線形光学
材料が格子振動によって非線形現象を起こすのに対し、
一方の有機非線形光学材料はπ電子の共役によって非線
形現象を起こすため非線形光学応答性等の3次非線形光
学特性が高く、導波路として高い特性を有する。また、
有機非線形光学材料は、その構造も多様である。従っ
て、優れた有機非線形光学材料の開発に期待が寄せられ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to optoelectronic systems such as optical communication, optical disks, and optical information processing capable of transmitting and processing a large amount of information. Then, in order to establish these techniques, development of excellent nonlinear optical elements is desired. The nonlinear optical element is generally a waveguide type nonlinear optical element in which a waveguide made of a nonlinear optical material film is formed on a substrate, and the nonlinear optical material includes an inorganic nonlinear optical material and an organic nonlinear optical material. An optical material may be used. At this time, while the inorganic nonlinear optical material causes a nonlinear phenomenon due to lattice vibration,
On the other hand, the organic nonlinear optical material has a high third-order nonlinear optical characteristic such as a nonlinear optical response because it causes a nonlinear phenomenon by conjugation of π electrons, and has a high characteristic as a waveguide. Also,
Organic nonlinear optical materials have various structures. Therefore, there are high expectations for the development of excellent organic nonlinear optical materials.

【0003】また、上記有機非線形光学材料において
は、該材料の分子が集合体(会合体)を形成すると、分
子間に励起子相互作用が働き、遷移双極子モーメントが
単量体に比べて増大し、その非線形光学感受率が向上
し、非線形光学特性が向上することが言われており(小
林俊介、次世代産業基盤技術第3回光電子材料シンポジ
ウム予稿集、P85(1992))、このことからも優
れた有機非線形光学材料の開発に期待が寄せられてい
る。
Further, in the above organic nonlinear optical material, when molecules of the material form an aggregate (association body), exciton interaction works between the molecules, and the transition dipole moment increases as compared with the monomer. However, it is said that the nonlinear optical susceptibility is improved and the nonlinear optical characteristic is improved (Shunsuke Kobayashi, Proceedings of the 3rd Symposium on Optoelectronic Materials, Next Generation Industrial Fundamental Technology, P85 (1992)). Is expected to develop excellent organic nonlinear optical materials.

【0004】しかしながら、上記の現象は、溶液中或い
はポリマー分散系中においてのみ確認されている。例え
ば、擬イソシアニン色素(以下、PICと称する。)
は、水−エチレングリコール混合溶液中において、濃度
10-3M,温度230K以下の条件下で秩序性の高いJ
会合体を形成し、温度77K,波長570.7nmの条
件下で、3次非線形光学感受率χ(3) =2.8×10-8
esuを示す。しかしながら、上記のような液状の有機
非線形光学材料分子の会合体を用いて、上述のように基
板上に有機非線形光学材料膜を形成して非線形光学素子
を形成することは、非常に困難である。また、77Kと
いった極低温でしか高い非線形性を発揮しないこと、形
成の際、10-3Mといった高濃度が必要であることから
も実用性が低い。
However, the above phenomenon has been confirmed only in a solution or a polymer dispersion system. For example, pseudo isocyanine dye (hereinafter referred to as PIC).
Is highly ordered J in a water-ethylene glycol mixed solution at a concentration of 10 −3 M and a temperature of 230 K or less.
Forming an aggregate, the third-order nonlinear optical susceptibility χ (3) = 2.8 × 10 -8 under the conditions of a temperature of 77 K and a wavelength of 570.7 nm.
Indicates esu. However, it is very difficult to form a non-linear optical element by forming an organic non-linear optical material film on a substrate as described above using an aggregate of liquid organic non-linear optical material molecules as described above. . Further, it is not practical because it exhibits high nonlinearity only at an extremely low temperature of 77 K, and a high concentration of 10 −3 M is required for formation.

【0005】また、上記PICを塩析効果を用いて、微
結晶化し、J会合体を形成する方法も報告されている
(中西八朗、次世代産業基盤技術第3回光電子材料シン
ポジウム予稿集、P47(1992))。この場合の形
成条件は濃度10-5M,室温と先に述べた例よりも実用
性の高いものであるものの基板上に有機非線形光学材料
膜として形成することは困難である。
A method of microcrystallizing the above PIC by utilizing the salting-out effect to form a J-aggregate has also been reported (Hachiro Nakanishi, Proceedings of the 3rd Symposium on Optoelectronic Materials, Next Generation Industrial Fundamental Technology, P47). (1992)). In this case, the forming conditions are a concentration of 10 −5 M and room temperature, which is more practical than the above-mentioned examples, but it is difficult to form an organic nonlinear optical material film on the substrate.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は従来
の実情に鑑みて提案されたものであり、3次非線形光学
感受率が大きく、非線形光学応答性等の3次非線形光学
特性の高い有機非線形光学材料を提供し、該有機非線形
光学材料膜により導波路を形成した有機非線形光学素子
を提供することを目的とする。また、上記有機非線形光
学材料の薄膜化を可能とし、該有機非線形光学材料分子
の会合体を形成させて、その3次非線形光学感受率を更
に増大させ、非線形光学応答性等の3次非線形光学特性
をより向上させることを可能とする有機非線形光学素子
の製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been proposed in view of the conventional circumstances, and an organic material having a large third-order nonlinear optical susceptibility and a high third-order nonlinear optical characteristic such as nonlinear optical response. An object of the present invention is to provide a non-linear optical material and an organic non-linear optical element in which a waveguide is formed by the organic non-linear optical material film. Further, it is possible to reduce the thickness of the organic nonlinear optical material, form an aggregate of the organic nonlinear optical material molecules, and further increase the third-order nonlinear optical susceptibility of the organic nonlinear optical material. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an organic nonlinear optical element that can further improve the characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明は、基板上に有機非線形光学材料膜が積層さ
れてなる有機非線形光学素子において、上記有機非線形
光学材料膜が、下記化2に示すシアニン色素を含有する
単分子層が複数層積層された積層膜であることを特徴と
するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an organic nonlinear optical element in which an organic nonlinear optical material film is laminated on a substrate, wherein the organic nonlinear optical material film is It is characterized by being a laminated film in which a plurality of monomolecular layers containing the cyanine dye shown in 2 are laminated.

【0008】[0008]

【化2】 [Chemical 2]

【0009】また、本発明者等は、上記シアニン色素の
分子集合性が比較的高いことから、これをラングミュア
・ブロジェット法(以下、LB法と称する。)によって
薄膜化できることを見い出した。上記LB法は、気水界
面に薄膜形成材料分子を展開・圧縮し、これを基板に写
し取る手法である。また、気水界面上では上記薄膜形成
分子の配向制御は非常に容易である。従って、上記シア
ニン色素をLB法によって薄膜化すれば、秩序性の高い
シアニン色素分子会合体を基板上に形成することができ
る。
Further, the present inventors have found that the above-mentioned cyanine dye has a relatively high molecular assembling property, and thus can be formed into a thin film by the Langmuir-Blodgett method (hereinafter referred to as the LB method). The LB method is a method of expanding and compressing thin film forming material molecules at the air-water interface, and copying this onto the substrate. Further, on the air-water interface, it is very easy to control the orientation of the thin film forming molecules. Therefore, if the above-mentioned cyanine dye is thinned by the LB method, a highly ordered cyanine dye molecule aggregate can be formed on the substrate.

【0010】すなわち、本発明の有機非線形光学素子の
製造方法は、上記のような有機非線形光学素子の有機非
線形光学材料膜をLB法を用いて該有機非線形光学材料
膜中のシアニン色素分子が会合体を形成するように作製
することを特徴とするものである。
That is, in the method for producing an organic nonlinear optical element of the present invention, the cyanine dye molecules in the organic nonlinear optical material film of the organic nonlinear optical element are mixed by using the LB method. It is characterized by being manufactured so as to form a united body.

【0011】[0011]

【作用】本発明は、基板上に有機非線形光学材料膜が積
層されてなる有機非線形光学素子において、上記有機非
線形光学材料膜が、上記化2に示すシアニン色素を含有
する単分子層が複数層積層された積層膜とされており、
上記シアニン色素の3次非線形光学感受率が大きいこと
から、導波路となる有機非線形光学材料膜の非線形光学
応答性等の3次非線形光学特性が高くなる。
According to the present invention, in the organic nonlinear optical element in which the organic nonlinear optical material film is laminated on the substrate, the organic nonlinear optical material film has a plurality of monolayers containing the cyanine dye shown in the chemical formula 2 above. It is a laminated film that is laminated,
Since the third-order nonlinear optical susceptibility of the cyanine dye is large, the third-order nonlinear optical characteristics such as the nonlinear optical response of the organic nonlinear optical material film that serves as a waveguide are improved.

【0012】また、本発明の有機非線形光学素子の製造
方法は、上記のような有機非線形光学素子の有機非線形
光学材料膜をLB法を用いて作製するため、シアニン色
素の薄膜化ができる。さらに、上記有機非線形光学材料
膜中のシアニン色素分子が会合体を形成するように作製
することから3次非線形光学感受率が増大し、上記有機
非線形光学材料膜においては、輻射遷移確率が増大し、
励起状態からの輻射失活速度が速くなり、非線形光学応
答性もより高まった有機非線形光学材料膜が形成され
る。
Further, according to the method for producing an organic nonlinear optical element of the present invention, since the organic nonlinear optical material film of the above organic nonlinear optical element is produced by the LB method, the cyanine dye can be thinned. Furthermore, since the cyanine dye molecules in the organic nonlinear optical material film are formed so as to form an aggregate, the third-order nonlinear optical susceptibility increases, and the radiation transition probability increases in the organic nonlinear optical material film. ,
The rate of radiation deactivation from the excited state is increased, and an organic nonlinear optical material film having higher nonlinear optical response is formed.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。本実施例にお
いては、有機非線形光学材料として化3に示すようなシ
アニン色素のR1 をC65 とし、R2 をClとし、R
3 をC25 とし、X- をI- とした3,3´−ジエチ
ル−9−フェニル−5,5´−ジクロロ−2,2´−シ
アカルボシアニンアイオダイド(以下、Cyと称す
る。)を用い、該有機非線形光学材料膜を導波路とした
有機非線形光学素子を作製し、その特性について調査し
た。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail below with reference to the drawings. In this embodiment, R 1 of the cyanine dye as shown in Chemical formula 3 as the organic nonlinear optical material is C 6 H 5 , R 2 is Cl, and R
3 and C 2 H 5, X - a I - and the 3,3'-diethyl-9-phenyl-5,5'-dichloro-2,2'-shear carbocyanine iodide (hereinafter, referred to as Cy. ) Was used to fabricate an organic nonlinear optical element using the organic nonlinear optical material film as a waveguide, and its characteristics were investigated.

【0014】[0014]

【化3】 [Chemical 3]

【0015】本実施例の有機非線形光学素子を形成すべ
く、基板上に上記Cyの薄膜をLB法によって形成し
た。先ず、Cyとアラキン酸(C1939COOH)をモ
ル比2:1でクロロホルムに溶解させた濃度1.0mg
/mlの展開溶液を作製した。そして、下層液として超
純水を使用し、展開溶液250μlを水面上に滴下し
た。また、基板としてはガラス基板もしくは石英基板を
用い(本実施例においては、石英基板とした。)、シラ
ンカップリング剤(オクタデシルトリクロロシラン)で
基板表面を疎水処理した後、基板上に薄膜を累積形成し
た。このとき、基板表面は疎水性となされているため、
累積形成は、基板の降下時より開始される。そこで、基
板の上下速度を3〜10mm/minとして基板を上下
させて薄膜を形成した。なお、LB膜作製装置としては
ラウダ社製のものを使用し、基板の上下運動他の全ての
制御はコンピュータによって行った。この結果、基板上
にCyよりなるY型LB膜が良好に累積形成された。
In order to form the organic nonlinear optical element of this embodiment, the thin film of Cy was formed on the substrate by the LB method. First, Cy and arachidic acid (C 19 H 39 COOH) were dissolved in chloroform at a molar ratio of 2: 1 to give a concentration of 1.0 mg.
/ Ml of developing solution was prepared. Then, using ultrapure water as the lower layer liquid, 250 μl of the developing solution was dropped on the water surface. Further, a glass substrate or a quartz substrate is used as the substrate (a quartz substrate is used in this embodiment), the substrate surface is subjected to a hydrophobic treatment with a silane coupling agent (octadecyltrichlorosilane), and then a thin film is accumulated on the substrate. Formed. At this time, since the substrate surface is made hydrophobic,
The cumulative formation starts when the substrate is lowered. Therefore, the substrate was moved up and down at a vertical speed of 3 to 10 mm / min to form a thin film. An LB film production apparatus manufactured by Lauda Co. was used, and the computer performed all the controls such as the vertical movement of the substrate. As a result, the Y-type LB film made of Cy was favorably accumulated on the substrate.

【0016】次に、上記のようにして累積形成されたL
B膜内のCy分子の配向状態について調査した。すなわ
ち、上記LB膜の紫外・可視光吸収スペクトルを測定し
た。結果を図1に示す。図中横軸は波長、縦軸は吸収光
度を示す。なお、図1中には上記結果を図中実線で示し
た他、比較のために濃度10-6MのCyのメタノール溶
液のスペクトルを図中破線で示す。図1の結果を見てわ
かるように、図中破線で示すCyのメタノール溶液中に
おいてはCyは単量体で存在し、その最大吸収波長は約
565nmである。一方、図中実線で示すLB膜におい
ては、最大吸収波長が670nmとなっており、Cyの
単量体よりも長波長側にシフトしている。すなわち、L
B膜においては、秩序性の高い分子会合であるJ会合体
が形成されていることが確認された。なお、LB膜にお
ける670nmの吸収はJ会合体に起因するJバンドで
ある。従って、上記LB膜においては3次非線形光学感
受率が増大し、非線形光学応答性がより向上されている
ことが予想される。
Next, L formed cumulatively as described above
The orientation state of Cy molecules in the B film was investigated. That is, the ultraviolet / visible light absorption spectrum of the LB film was measured. The results are shown in Fig. 1. In the figure, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents absorbed light intensity. In addition, in FIG. 1, the above result is shown by a solid line, and for comparison, the spectrum of a methanol solution of Cy at a concentration of 10 −6 M is shown by a broken line in the figure. As can be seen from the result of FIG. 1, in the methanol solution of Cy shown by the broken line in the figure, Cy exists as a monomer and its maximum absorption wavelength is about 565 nm. On the other hand, in the LB film shown by the solid line in the figure, the maximum absorption wavelength is 670 nm, which is shifted to the longer wavelength side than the Cy monomer. That is, L
It was confirmed that a J-aggregate, which is a highly-ordered molecular association, was formed in the B film. The 670 nm absorption in the LB film is the J band resulting from the J aggregate. Therefore, in the LB film, it is expected that the third-order nonlinear optical susceptibility is increased and the nonlinear optical response is further improved.

【0017】そこで、上記LB膜の3次非線形光学感受
率χ(3) の評価を行った。すなわち、測定用試料として
石英基板両面に上記LB膜を16層積層したもの(Y型
32分子層)を用意し、これをTHGメーカフリンジ法
によって評価した。
Therefore, the third-order nonlinear optical susceptibility χ (3) of the LB film was evaluated. That is, as a measurement sample, a 16-layered LB film (Y-type 32 molecular layer) was prepared on both surfaces of a quartz substrate, and this was evaluated by the THG maker fringe method.

【0018】THGメーカフリンジ法測定装置を図2に
示すが、該THGメーカフリンジ法測定装置は、Qスイ
ッチNd;YAGレーザ光源1,THG結晶2,光パラ
メトリック発信器(OPO)3,複数のミラー4,レン
ズ6よりなる光学系と、試料7、フィルタ8,分光器
9,光電子倍増管10よりなる検出部、フォトディテク
ター5,ボックスカー積分器11,パーソナルコンピュ
ータ12よりなる演算部によって構成される。
The THG maker fringe method measuring device is shown in FIG. 2. The THG maker fringe method measuring device is a Q switch Nd; YAG laser light source 1, THG crystal 2, optical parametric oscillator (OPO) 3, plural mirrors. 4, an optical system including a lens 6, a sample 7, a filter 8, a spectroscope 9, a detector including a photomultiplier tube 10, a photodetector 5, a boxcar integrator 11, and a computing unit including a personal computer 12. .

【0019】なお、メーカーフリンジ法は、非線形光学
感受率の測定法としては、代表的なもので、試料7にレ
ーザ光源1よりレーザ光を照射し、生ずる第2次高調波
(SHG)、第3次高調波(THG)の強度を測定する
ものであり、試料7を回転させて実効的に厚さを変化さ
せ、SHG光またはTHG光に起因するフリンジの干渉
パターンを測定するものである。なお、位相整合がとれ
ない場合にも適用可能であるという特徴を有する。
The maker fringe method is a typical method for measuring the nonlinear optical susceptibility, and the second harmonic (SHG), the second harmonic (SHG), or the second harmonic (SHG) generated when the sample 7 is irradiated with laser light from the laser light source 1 The intensity of the third harmonic (THG) is measured, and the thickness of the sample 7 is effectively changed by rotating the sample 7, and the interference pattern of the fringe caused by the SHG light or the THG light is measured. It has a feature that it can be applied even when phase matching cannot be achieved.

【0020】そして、上記LB膜の3次非線形光学感受
率χ(3) の評価を行うに際しては、試料7への入射光波
長を1.82μmとし、図3に示すように入射光Aを試
料7の作製時の基板の上下動方向Cに対して図中に示す
ような入射角θを有する方向で入射させ(すなわち偏光
方向Bは基板の上下動方向Cと平行な方向となり)、ま
た試料7を図中矢印Dの方向に回転させて測定を行っ
た。結果を図4に示す。図中横軸は入射角を示し、縦軸
は第3次高調波強度を示し、図中X1 は基板上のLB膜
の結果を示し、図中X2 は基板のみの結果を示す。両者
共に非線形光学特性を示した。このとき、THGメーカ
フリンジ法によって求められるLB膜の3次非線形光学
感受率χ(3) LB は数1によって示すことができる。(な
お、数1は、T.Kobayashi ed.,“No
nlinear Optics of Organic
and Semiconductors”中に示され
る久保寺等の算出式を参考に変形したものである。)
When the third-order nonlinear optical susceptibility χ (3) of the LB film is evaluated, the incident light wavelength on the sample 7 is set to 1.82 μm, and the incident light A is applied to the sample as shown in FIG. 7 is made incident in a direction having an incident angle θ as shown in the figure with respect to the vertical movement direction C of the substrate (that is, the polarization direction B is parallel to the vertical movement direction C of the substrate), and the sample The measurement was carried out by rotating 7 in the direction of arrow D in the figure. The results are shown in Fig. 4. In the figure, the horizontal axis represents the incident angle and the vertical axis represents the third harmonic intensity. In the figure, X 1 shows the result of the LB film on the substrate, and X 2 in the figure shows the result of only the substrate. Both showed nonlinear optical characteristics. At this time, the third-order nonlinear optical susceptibility χ (3) LB of the LB film obtained by the THG maker fringe method can be expressed by the equation 1. (Note that Equation 1 is based on T. Kobayashi ed., “No.
nlinear Optics of Organic
It is a modification based on the calculation formula of Kuboji and others shown in "and Semiconductors".)

【0021】[0021]

【数1】 [Equation 1]

【0022】数1を用い、基板の3次非線形光学感受率
χ(3) と比較してCyのLB膜のχ (3) を求めたとこ
ろ、5×10-12 esuという高い値を得ることができ
た。従って、該CyのLB膜を導波路として用いた本実
施例の有機非線形光学素子が十分な特性を有することが
確認された。なお、このような3次非線形光学感受率χ
(3) の高いLB膜を導波路として用いた本実施例の有機
非線形光学素子においては、例えばレーザダイオードの
ような所要電力の小さい光による動作が可能であり、低
消費電力化が可能である。
Using Equation 1, the third-order nonlinear optical susceptibility of the substrate
χ(3) Of LB film of Cy compared with (3) I asked for
5 x 10-12 you can get a high value of esu
It was Therefore, the actual implementation using the LB film of Cy as a waveguide
The organic nonlinear optical element of the embodiment may have sufficient characteristics.
confirmed. Note that such third-order nonlinear optical susceptibility χ
(3) Of the present embodiment using a LB film with high conductivity as a waveguide
In a non-linear optical element, for example, a laser diode
It is possible to operate with light with low power
Power consumption can be reduced.

【0023】また、上記のような本実施例の有機非線形
光学素子は、例えば図5に示すような光結合型導波路を
備えた光制御光スイッチ素子(マッハセンダー型のオー
ル光スイッチ)として使用できる。
The organic nonlinear optical element of the present embodiment as described above is used as an optical control optical switch element (Mach-Sender type all-optical switch) having an optical coupling type waveguide as shown in FIG. 5, for example. it can.

【0024】上記光制御光スイッチ素子は、基板13上
に有機非線形光学材料膜14が形成されたものであり、
該有機非線形光学材料膜14の一主面14aには所定の
形状を有する凸部である導波路20が形成され、上記導
波路20はその一端が信号光が入射口15と制御光入射
口16の二股に分かれた形状とされ、中心部に上記信号
光入射口15と制御光入射口16が結合した結合部17
を有し、他端にて再び第1の光出射口18と第2の光出
射口19の二股に分かれた形状となされている。そし
て、該光制御光スイッチ素子においては、図中矢印L1
で示す信号光が信号光入射口15より入射されている状
態で、図中矢印L2 で示す制御光を制御光入射口16よ
り入射し、上記制御光L2 により導波路20を構成する
有機非線形光学材料の屈折率を変化させることにより、
信号光L1 の出射口を第1の光出射口18または第2の
光出射口19に切り替えることができる。このような光
制御光スイッチ素子は非常に良好なスイッチング特性を
有し、光コンピュータ等の光処理回路に有用である。
The above-mentioned optically controlled optical switch element is one in which an organic nonlinear optical material film 14 is formed on a substrate 13,
A waveguide 20, which is a convex portion having a predetermined shape, is formed on one main surface 14a of the organic nonlinear optical material film 14, and one end of the waveguide 20 receives the signal light and the control light entrance 15. Is a bifurcated shape, and the signal light entrance 15 and the control light entrance 16 are joined to each other at the central portion.
And has a shape in which the other end is divided into a first light emission port 18 and a second light emission port 19 again. In the light control optical switch element, the arrow L 1
In the state where the signal light indicated by (1) is incident from the signal light incident port 15, the control light indicated by the arrow L 2 in the figure is incident from the control light incident port 16 and the organic light forming the waveguide 20 is formed by the control light L 2. By changing the refractive index of the nonlinear optical material,
The emission port of the signal light L 1 can be switched to the first light emission port 18 or the second light emission port 19. Such an optical control optical switching element has very good switching characteristics and is useful for an optical processing circuit such as an optical computer.

【0025】ところで、本実施例の有機非線形光学素子
にて上記光制御光スイッチを作製するには、基板上にC
yのLB膜を形成した後、レジスト処理後のエッチング
処理によるパターン形成技術を用いて、LB膜を所定の
導波路形状に加工すれば良い。
By the way, in order to manufacture the above-mentioned optically controlled optical switch with the organic nonlinear optical element of this embodiment, C is formed on the substrate.
After the LB film of y is formed, the LB film may be processed into a predetermined waveguide shape by using a pattern forming technique by etching after resist treatment.

【0026】本実施例の有機非線形光学素子は、上記の
ような光制御光スイッチの他に光双安定素子等としても
使用可能であり、光通信、光ディスク、光情報処理等の
光エレクトロニクスシステムの技術のさらなる向上を可
能とするものである。
The organic nonlinear optical element of this embodiment can be used as an optical bistable element in addition to the above-mentioned optical control optical switch, and can be used in optical electronics systems such as optical communication, optical disks, and optical information processing. It enables further improvement of technology.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明は、基板上に有機非線形光学材料膜が積層されてなる
有機非線形光学素子において、上記有機非線形光学材料
膜が、下記化4に示すシアニン色素を含有する単分子層
が複数層積層された積層膜とされており、上記シアニン
色素の3次非線形光学感受率が大きいことから、導波路
となる有機非線形光学材料膜の非線形光学応答性等の3
次非線形光学特性が高くなり、有機非線形光学素子の特
性が向上される。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in the organic nonlinear optical element in which the organic nonlinear optical material film is laminated on the substrate, the organic nonlinear optical material film is represented by the following chemical formula 4. The above-mentioned cyanine dye is a laminated film in which a plurality of monomolecular layers containing the cyanine dye are laminated. Since the third-order nonlinear optical susceptibility of the cyanine dye is large, the nonlinear optical response of the organic nonlinear optical material film serving as a waveguide is shown. 3 of sex
The second-order nonlinear optical characteristic is improved, and the characteristic of the organic nonlinear optical element is improved.

【0028】[0028]

【化4】 [Chemical 4]

【0029】また、本発明の有機非線形光学素子の製造
方法は、上記のような有機非線形光学素子の有機非線形
光学材料膜をLB法を用いて作製するため、シアニン色
素の薄膜化ができる。また、上記有機非線形光学材料膜
中のシアニン色素が会合体を形成するように作製するこ
とから3次非線形光学感受率が増大し、上記有機非線形
光学材料膜においては、輻射遷移確率が増大し、励起状
態からの輻射失活速度が速くなり、非線形光学応答性も
より高まった有機非線形光学材料膜が形成される。な
お、本発明により製造される有機非線形光学素子の3次
非線形光学特性が高いことから、所要電力の小さい光に
よる動作が可能であり、低消費電力化が可能である。
Further, in the method for manufacturing an organic nonlinear optical element of the present invention, since the organic nonlinear optical material film of the organic nonlinear optical element as described above is manufactured by the LB method, the cyanine dye can be thinned. In addition, since the cyanine dye in the organic nonlinear optical material film is formed so as to form an aggregate, the third-order nonlinear optical susceptibility increases, and in the organic nonlinear optical material film, the radiation transition probability increases, The rate of radiation deactivation from the excited state is increased, and an organic nonlinear optical material film having higher nonlinear optical response is formed. Since the organic non-linear optical element manufactured by the present invention has high third-order non-linear optical characteristics, it can be operated by light with low power consumption, and power consumption can be reduced.

【0030】さらに、本発明の有機非線形光学素子は、
良好な特性を有することから光通信、光ディスク、光情
報処理等の光エレクトロニクスシステムの技術のさらな
る向上を可能とするものであり、その工業的価値は非常
に高い。
Furthermore, the organic nonlinear optical element of the present invention comprises
Since it has good characteristics, it enables further improvement of the technology of optoelectronic systems such as optical communication, optical disks, and optical information processing, and its industrial value is very high.

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

【図1】CyのLB膜及びCyのメタノール溶液の紫外
・可視光吸収スペクトルを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an ultraviolet / visible light absorption spectrum of an LB film of Cy and a methanol solution of Cy.

【図2】THGメーカフリンジ法測定装置を示す模式図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a THG maker fringe method measuring device.

【図3】試料と入射光の入射角及び偏光方向の関係を示
す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a sample, an incident angle of incident light, and a polarization direction.

【図4】基板上のLB膜及び基板の入射角に対する第3
次高調波強度を示す図である。
FIG. 4 is a third view of the LB film on the substrate and the incident angle of the substrate.
It is a figure which shows the next harmonic intensity.

【図5】マッハセンダー型のオール光スイッチを示す斜
視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a Mach-Sender type all-optical switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13・・・基板 14・・・有機非線形光学材料膜 14a・・・一主面 15・・・信号光入射口 16・・・制御光入射口 17・・・結合部 18・・・第1の光出射口 19・・・第2の光出射口 20・・・導波路 13 ... Substrate 14 ... Organic nonlinear optical material film 14a ... One main surface 15: Signal light entrance 16 ... Control light entrance 17 ... Joining part 18 ... First light output port 19 ... Second light exit port 20 ... Waveguide

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−225334(JP,A) 特開 平2−281047(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/35 Continuation of front page (56) Reference JP-A-2-225334 (JP, A) JP-A-2-281047 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1 / 35

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に有機非線形光学材料膜が積層さ
れてなる有機非線形光学素子において、上記有機非線形
光学材料膜が、下記化1に示すシアニン色素を含有する
単分子層が複数層積層された積層膜であることを特徴と
する有機非線形光学素子。 【化1】
1. An organic nonlinear optical element comprising an organic nonlinear optical material film laminated on a substrate, wherein the organic nonlinear optical material film is formed by laminating a plurality of monomolecular layers containing a cyanine dye represented by the following chemical formula 1. An organic nonlinear optical element characterized by being a laminated film. [Chemical 1]
【請求項2】 請求項1記載の有機非線形光学素子の有
機非線形光学材料膜をラングミュア・ブロジェット法を
用いて該有機非線形光学材料膜中のシアニン色素分子が
会合体を形成するように作製することを特徴とする有機
非線形光学素子の製造方法。
2. The organic non-linear optical material film of the organic non-linear optical element according to claim 1 is produced by a Langmuir-Blodgett method so that cyanine dye molecules in the organic non-linear optical material film form an aggregate. A method of manufacturing an organic nonlinear optical element, which is characterized by the above.
JP22176893A 1993-09-07 1993-09-07 Organic nonlinear optical element and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP3458414B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22176893A JP3458414B2 (en) 1993-09-07 1993-09-07 Organic nonlinear optical element and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22176893A JP3458414B2 (en) 1993-09-07 1993-09-07 Organic nonlinear optical element and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0772519A JPH0772519A (en) 1995-03-17
JP3458414B2 true JP3458414B2 (en) 2003-10-20

Family

ID=16771900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22176893A Expired - Fee Related JP3458414B2 (en) 1993-09-07 1993-09-07 Organic nonlinear optical element and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3458414B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0772519A (en) 1995-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chapple et al. Single-beam Z-scan: measurement techniques and analysis
US6549685B2 (en) High-response electro-optic modulator based on an intrinsically acentric, layer-by-layer self-assembled molecular superlattice
EP0532517A1 (en) Optical parametric amplifier
US5247601A (en) Arrangement for producing large second-order optical nonlinearities in a waveguide structure including amorphous SiO2
JP3458414B2 (en) Organic nonlinear optical element and manufacturing method thereof
Mircea et al. Tuning NLO susceptibility in functionalized DNA
Bosshard et al. Surface‐emitted green light generated in Langmuir–Blodgett film waveguides
JP3998064B2 (en) Photonic crystal
JP3348297B2 (en) Wavelength conversion element and method of manufacturing wavelength conversion element
JPH0641039A (en) Organic nonlinear optical material and organic nonlinear optical element
JPH0412333A (en) Functional plastic optical waveguide
JP4121409B2 (en) Optical output device
JP2007148463A (en) Photonic crystal
JPH03179330A (en) Organic nonlinear optical material
JP3205456B2 (en) Nonlinear optical device
Luo et al. Simultaneous second-harmonic generation and third-harmonic generation in one-dimensional photonic crystal slabs consisting of centrosymmetric materials
JP2003043273A (en) Photonic crystal waveguide and method for manufacturing the same
Watanabe et al. Phase-Matched Second Harmonic Generation in Organic Materials
JP2871202B2 (en) Nonlinear optical element
JP2973463B2 (en) Optical waveguide device
JP2901764B2 (en) Organic nonlinear optical material and organic nonlinear optical thin film element using the material
JP2901763B2 (en) Organic nonlinear optical material and organic nonlinear optical thin film element using the material
Blau et al. Second-harmonic generation using subwavelength gratings in planar waveguides
JP2704110B2 (en) Nonlinear optical material and nonlinear optical element using the same
Luo et al. Mode-coexistent phase match condition for second harmonic generation in photonic crystal slabs consisting of centrosymmetric materials

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20030708

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees