JPH01134436A - 非線形光学素子およびその製造方法 - Google Patents
非線形光学素子およびその製造方法Info
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- JPH01134436A JPH01134436A JP62293398A JP29339887A JPH01134436A JP H01134436 A JPH01134436 A JP H01134436A JP 62293398 A JP62293398 A JP 62293398A JP 29339887 A JP29339887 A JP 29339887A JP H01134436 A JPH01134436 A JP H01134436A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
C産業上の利用分野〕
本発明は非線形光学素子に係り、特に優れた非線形光学
効果を有する有機材料を媒体に用いた非線形光学素子に
関する。
効果を有する有機材料を媒体に用いた非線形光学素子に
関する。
非線形光学素子は、2次、3次の高調波発生、光混合ま
たは光パラメトリツク発振を利用した波長変換素子の材
料として注目を集めている。また。
たは光パラメトリツク発振を利用した波長変換素子の材
料として注目を集めている。また。
光スィッチとしての光双安定素子など将来実現すると予
想される光コンピュータの基本素子として注目を集めて
いる。
想される光コンピュータの基本素子として注目を集めて
いる。
従来、非線形光学材料として、ニオブ酸リチウム(Li
NbOa)、砒化ガリウム(GaAs)等の無機材料が
詳細に検討されてきた。しかしながら、近年、それらの
材料に比べ、非線形光学性能が格段に大きく(10〜1
00倍)、又、光双安定素子等で重要となる光応答速度
が非常に大きい有機非線形光学材料がさかんに研究され
るようになった。
NbOa)、砒化ガリウム(GaAs)等の無機材料が
詳細に検討されてきた。しかしながら、近年、それらの
材料に比べ、非線形光学性能が格段に大きく(10〜1
00倍)、又、光双安定素子等で重要となる光応答速度
が非常に大きい有機非線形光学材料がさかんに研究され
るようになった。
これらの有機非線形光学材料には、尿素、2−メチル−
4−ニトロアニリン(各称MNA)(特開昭55−50
0960号)、N−(4−ニトロフェニル)−L−プロ
リノール(略称NPP)(特開昭59−21665号)
等が提案されている。特に、MNAやNPPは、無機材
料の100倍以上の、2次の非線形光学効果を有するこ
とが知られている。
4−ニトロアニリン(各称MNA)(特開昭55−50
0960号)、N−(4−ニトロフェニル)−L−プロ
リノール(略称NPP)(特開昭59−21665号)
等が提案されている。特に、MNAやNPPは、無機材
料の100倍以上の、2次の非線形光学効果を有するこ
とが知られている。
上記従来の有機非線形光学材料は、非線形光学定数が非
常に大きい反面、大きな結晶を得にくいこと、その結晶
の安定性が悪いこと、カットオフ波長が長いことすなわ
ち光吸収が可視領域にある点等に問題点が存在していた
。特に、カットオフ波長が長いという問題点は、例えば
2次高調波発生(SHG)波長変換素子への応用など実
用面で考えた場合、改良すべき問題と考えられる。又。
常に大きい反面、大きな結晶を得にくいこと、その結晶
の安定性が悪いこと、カットオフ波長が長いことすなわ
ち光吸収が可視領域にある点等に問題点が存在していた
。特に、カットオフ波長が長いという問題点は、例えば
2次高調波発生(SHG)波長変換素子への応用など実
用面で考えた場合、改良すべき問題と考えられる。又。
SHG波長変換素子に限らず、広く、可視域での光プロ
セッシングを考えた場合においても同様である。MNA
においては、そのカットオフ波長480nmであり、又
、NPPにおいては、約490nmである。従って、現
在用いられている半導体レーザ(波長約800nm)の
SHG波長変換素子の材料としては、好ましくないと考
えられる。
セッシングを考えた場合においても同様である。MNA
においては、そのカットオフ波長480nmであり、又
、NPPにおいては、約490nmである。従って、現
在用いられている半導体レーザ(波長約800nm)の
SHG波長変換素子の材料としては、好ましくないと考
えられる。
本発明はかかる問題点を解決するために、非線形光学定
数が大きく、かつ、カットオフ波長が短い、安定な有機
非線形光学材料を用いた非線形光学素子を提供すること
を目的とする。
数が大きく、かつ、カットオフ波長が短い、安定な有機
非線形光学材料を用いた非線形光学素子を提供すること
を目的とする。
この手段について述べる前に本発明を完成するに至った
経緯について説明する。
経緯について説明する。
一般に、非線形光学定数の大きい有機材料は、その分子
構造に以下のような特徴を有している。
構造に以下のような特徴を有している。
すなわち、分子の骨格には、π供役系が存在し、さらに
置換基として、電子吸引性基又は電子供与性基の少なく
とも一方を有する。更に、そのπ電子仇役系が長ければ
長い程、また、置換基の電子吸引性又は電子供与性が強
ければ強い程、非線形光学定数は大きくなる。そこで、
非線形光学効果を大きくするには、分子のπ電子仇役系
を伸ばし、電子吸引性や電子供与性の強い置換基を導入
すれば良い。しかし、この場合、逆にカットオフ波長は
、より長波長となる。
置換基として、電子吸引性基又は電子供与性基の少なく
とも一方を有する。更に、そのπ電子仇役系が長ければ
長い程、また、置換基の電子吸引性又は電子供与性が強
ければ強い程、非線形光学定数は大きくなる。そこで、
非線形光学効果を大きくするには、分子のπ電子仇役系
を伸ばし、電子吸引性や電子供与性の強い置換基を導入
すれば良い。しかし、この場合、逆にカットオフ波長は
、より長波長となる。
そこで1分子軌道法及びエネルギ計算の手法を有効に活
用し、分子の2次非線分極率βと最大励起波長λwax
を見積り、最適な分子構造を分子設計の立場から予測し
、それらをdc−8HG、粉末法等の手法が実測評価し
、種々の検討を加えた結果、キサントンの誘導体が有効
であることがわかった。
用し、分子の2次非線分極率βと最大励起波長λwax
を見積り、最適な分子構造を分子設計の立場から予測し
、それらをdc−8HG、粉末法等の手法が実測評価し
、種々の検討を加えた結果、キサントンの誘導体が有効
であることがわかった。
本発明はかかる知見によりなされたものであり、この要
旨は、光が入射される媒体を備えてなる非線形光学素子
において、当該媒体は、電子吸引性基または電子供与性
基の少なくとも一方が付加されたキサントンを含んでな
ることを特徴とする非線形光学素子にある。
旨は、光が入射される媒体を備えてなる非線形光学素子
において、当該媒体は、電子吸引性基または電子供与性
基の少なくとも一方が付加されたキサントンを含んでな
ることを特徴とする非線形光学素子にある。
上記キサントンは、次式めような構造を有する。
本発明においては、このキサントンに電子吸引性基又は
電子供与性基の少なくとも一方が付加されている。更に
、結晶化した時に対称心を持たないようにするための置
換基(メチル基等のアルキル基のようにかさ高いもの)
を有することが望ましい。
電子供与性基の少なくとも一方が付加されている。更に
、結晶化した時に対称心を持たないようにするための置
換基(メチル基等のアルキル基のようにかさ高いもの)
を有することが望ましい。
本発明に用いられるキサントン誘導体として、次6−ア
ミノ−2−ニトロキサントン: n 2−ブロモ−1−ニトロキサントン: OZ 1.3−ジヒドロオキシ−7−メトキシキサントヒドロ
キシ−4−ニトロキサントン: 上記本発明において、媒体が、電子吸引性基または電子
供与性基の少なくとも一方が付加されたキサントンを化
学構造中に含んだ透明高分子よりなることが好ましい。
ミノ−2−ニトロキサントン: n 2−ブロモ−1−ニトロキサントン: OZ 1.3−ジヒドロオキシ−7−メトキシキサントヒドロ
キシ−4−ニトロキサントン: 上記本発明において、媒体が、電子吸引性基または電子
供与性基の少なくとも一方が付加されたキサントンを化
学構造中に含んだ透明高分子よりなることが好ましい。
すなわち、上記キサントン誘導体が、透明高分子のモノ
マ、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンなど
にエステル結合、または、アミド結合、または、炭素−
炭素結合で結合し1重合したものである。
マ、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンなど
にエステル結合、または、アミド結合、または、炭素−
炭素結合で結合し1重合したものである。
また、媒体が1組成物として、上記キサントン誘導体を
含む透明高分子よりなることも好ましい。
含む透明高分子よりなることも好ましい。
キサントン誘導体を組成物として含む透明高分子とは、
上記のキサントン誘導体をアクリル酸、メチルアクリレ
ート、工・チルアクリレート、ブチルアクリレート、イ
ソブチルアクリレート、メタクリル酸、メチルメタクリ
レート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレ
ート、イソブチルメタクリレート、トリエチルプロパン
メタクリレート、n−へキシルメタクリレート、シクロ
ヘキシルメタクリレート、フェニルメタクリレート。
上記のキサントン誘導体をアクリル酸、メチルアクリレ
ート、工・チルアクリレート、ブチルアクリレート、イ
ソブチルアクリレート、メタクリル酸、メチルメタクリ
レート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレ
ート、イソブチルメタクリレート、トリエチルプロパン
メタクリレート、n−へキシルメタクリレート、シクロ
ヘキシルメタクリレート、フェニルメタクリレート。
ベンジルメタクリレート、エチレングリコールジメタク
リレート、グリシジルメタクリレート、ペンタフルオロ
ブチルメタクリレート、スチレン。
リレート、グリシジルメタクリレート、ペンタフルオロ
ブチルメタクリレート、スチレン。
クロロスチレン、2,5−ジクロロスチレン、ブロムス
チレン、メチルスチレン、メトキシスチレン等に混合し
、重合させたものである6重合後に、ポーリングを行な
うと生成物の非線形性能を向上することができる。キサ
ントン誘導体を含む高分子を媒体として用いた非線形光
学素子では膜強度が向上し、フィルム状にすることがで
きる。
チレン、メチルスチレン、メトキシスチレン等に混合し
、重合させたものである6重合後に、ポーリングを行な
うと生成物の非線形性能を向上することができる。キサ
ントン誘導体を含む高分子を媒体として用いた非線形光
学素子では膜強度が向上し、フィルム状にすることがで
きる。
上記本発明における電子吸引性基または電子供与性基の
少なくとも一方が付加されたキサントンを含んだ媒体を
備えてなる非線形光学素子によれば、環内の酸素原子に
より、π電子の共役が−様でなくなり、その結果、カッ
トオフ波長は長くならない。しかしながら、分極の方は
分子内に−様な電子の分布状態を分断するものがあって
も、それほど影響を受けず、非線形光学性能に関しては
。
少なくとも一方が付加されたキサントンを含んだ媒体を
備えてなる非線形光学素子によれば、環内の酸素原子に
より、π電子の共役が−様でなくなり、その結果、カッ
トオフ波長は長くならない。しかしながら、分極の方は
分子内に−様な電子の分布状態を分断するものがあって
も、それほど影響を受けず、非線形光学性能に関しては
。
優れたものになっている。また、分子自体の性質及び置
換基の影響などで集合体が対称心のないものを得やすく
なっている。
換基の影響などで集合体が対称心のないものを得やすく
なっている。
次に本発明に係る非線形光学素子の実施例について説明
する。
する。
第2高調波発生を利用した波長変換素子の構成を第1図
に示す、非線形光学媒体としては、電子供与性基又は電
子吸引性基の少なくとも一方が付加されたキサントンを
用い、基板4上に液相エピタキシャル成長法で薄膜状の
単結晶を成長させて、非線形光学媒体を作成した。この
媒体の膜厚をコントロールして、導波路としての特徴を
生かし位相整合させ、素子を作製した。位相整合がとれ
る分子の場合は薄膜でなくともバルクの単結晶を素子化
することができる。この場合、単結晶の試料は、60’
Cでエタノール飽和溶液を作り、恒温槽中で1分間に0
.02℃の割合で20℃まで徐冷することにより得られ
る。
に示す、非線形光学媒体としては、電子供与性基又は電
子吸引性基の少なくとも一方が付加されたキサントンを
用い、基板4上に液相エピタキシャル成長法で薄膜状の
単結晶を成長させて、非線形光学媒体を作成した。この
媒体の膜厚をコントロールして、導波路としての特徴を
生かし位相整合させ、素子を作製した。位相整合がとれ
る分子の場合は薄膜でなくともバルクの単結晶を素子化
することができる。この場合、単結晶の試料は、60’
Cでエタノール飽和溶液を作り、恒温槽中で1分間に0
.02℃の割合で20℃まで徐冷することにより得られ
る。
素子にピークパワー100KW、LoopsのYAGレ
ーザ光1(波長1064n’m)を入射させ、632n
mの第2高調波(波長変換光)5を光電子増倍管により
実測した。変換効率は尿素の場合と比較して、2−ニト
ロキサントンにおいて、約2.3倍であった。
ーザ光1(波長1064n’m)を入射させ、632n
mの第2高調波(波長変換光)5を光電子増倍管により
実測した。変換効率は尿素の場合と比較して、2−ニト
ロキサントンにおいて、約2.3倍であった。
(実施例1)
電子吸引性基又は電子供与性基の少なくとも一方が付加
されたキサントン誘導体の構造を分子力学的手法を用い
て最適化し、CNDO(S3−CI)により、分子軌道
を計算した。その計算結果をもとに、分子の2次の非線
形分極率βと最大励起波長λmaxを算出した。その結
果の一例を次の第1表に示す、なお、キサントン自体の
結果を参考として示す。
されたキサントン誘導体の構造を分子力学的手法を用い
て最適化し、CNDO(S3−CI)により、分子軌道
を計算した。その計算結果をもとに、分子の2次の非線
形分極率βと最大励起波長λmaxを算出した。その結
果の一例を次の第1表に示す、なお、キサントン自体の
結果を参考として示す。
次の各試料のdc−8HGを測定した。試料もエタノー
ルに溶解させ、5kV、2μsのパルス電圧を印加した
。又、それに同期して、ピークパワー100MW、Io
nsのYAGレーザ光(波長101064nを試料に照
射し、波長532nmの波長変換光を光電子増倍管によ
り測定した。
ルに溶解させ、5kV、2μsのパルス電圧を印加した
。又、それに同期して、ピークパワー100MW、Io
nsのYAGレーザ光(波長101064nを試料に照
射し、波長532nmの波長変換光を光電子増倍管によ
り測定した。
同様の方法により測定したニトロベンゼン純液体の出力
光をリファレンスとしてβの値を見積った。
光をリファレンスとしてβの値を見積った。
更に試料0.0O1moff/Qのエタノール溶液を調
製し、その吸収スペクトルを分光光度計で測定した。例
として、2−ニトロキサントンの吸収スペクトルを第2
図に、比較例として、同濃度、同溶媒のMNAの吸収ス
ペクトルを第3図に示す。
製し、その吸収スペクトルを分光光度計で測定した。例
として、2−ニトロキサントンの吸収スペクトルを第2
図に、比較例として、同濃度、同溶媒のMNAの吸収ス
ペクトルを第3図に示す。
MNAの場合480nm付近から吸収スペクトルが立ち
上がるのに対し、2−ニトロンサントンの場合、410
nm付近から立ち上がり、カットオフ波長(λC)短波
長側にあるのが分かる。
上がるのに対し、2−ニトロンサントンの場合、410
nm付近から立ち上がり、カットオフ波長(λC)短波
長側にあるのが分かる。
dc−8)IG−吸収スペクトルの測定結果をもとにし
て、βをλCの値を求めた。その結果の例を次の第2表
に示す。
て、βをλCの値を求めた。その結果の例を次の第2表
に示す。
−1け1十
−□
第 2 表
(実施例2)
電子吸引性基または電子供与性基の少なくとも(以下余
白) 一方が付加されたキサントンを構造中に含む透明高分子
の作成例をあげる。
白) 一方が付加されたキサントンを構造中に含む透明高分子
の作成例をあげる。
1−クロロ−7−ヒドロキシ−4−ニトロキサントン1
4.6 g (0,05モル)を塩化メチレン200m
Qに溶解させ、当量のメタクリル酸クロライド6.1g
を滴下ロートで、水冷しながら徐々に加えた。6時間
撹拌後、得られるエステル化合物を抽出し、電極相の基
板間で100kV/amの電圧を印加させながら、加熱
重合させフィルム状の非線形光学媒体を得た。得られた
媒体を素子にして、前記実施例と同様の方法で、YAG
レーザの第2高調波の変換効率を求めたところ、尿素の
2.0 倍であった。
4.6 g (0,05モル)を塩化メチレン200m
Qに溶解させ、当量のメタクリル酸クロライド6.1g
を滴下ロートで、水冷しながら徐々に加えた。6時間
撹拌後、得られるエステル化合物を抽出し、電極相の基
板間で100kV/amの電圧を印加させながら、加熱
重合させフィルム状の非線形光学媒体を得た。得られた
媒体を素子にして、前記実施例と同様の方法で、YAG
レーザの第2高調波の変換効率を求めたところ、尿素の
2.0 倍であった。
(実施例3)
組成物として、電子吸引性基または電子供与性基を少な
くとも一方が付加されたhキサントンを含む透明高分子
の作成例をあげる。2−ニトロキサントン5g(0,0
2’1モル)をメチルメタクリレート50gに溶解させ
、ラウロイルパーオキシドを0.02 %加えた後、
60℃で10時間、電極相の基板間で100kV/am
の電圧を印加しながら重合させた。得られたフィルム状
の重合生成物を用いて素子を作り、前記実施例と同様の
方法でYAGレーザの第2高調波の変換効率を求めた。
くとも一方が付加されたhキサントンを含む透明高分子
の作成例をあげる。2−ニトロキサントン5g(0,0
2’1モル)をメチルメタクリレート50gに溶解させ
、ラウロイルパーオキシドを0.02 %加えた後、
60℃で10時間、電極相の基板間で100kV/am
の電圧を印加しながら重合させた。得られたフィルム状
の重合生成物を用いて素子を作り、前記実施例と同様の
方法でYAGレーザの第2高調波の変換効率を求めた。
その結果は尿素の場合の1.5倍であった。
本発明にかかる素子は、非線形光学材料の本質的な特性
を利用したものなので、実施例であげた波長変換素子の
みならず、広く非線形光学素子として動作させることが
できる。
を利用したものなので、実施例であげた波長変換素子の
みならず、広く非線形光学素子として動作させることが
できる。
以上説明したように本発明によれば、カットオフ波長が
短く、かつ非線形光学定数の大きい材料を用いた非線形
光学材料得ることができる。
短く、かつ非線形光学定数の大きい材料を用いた非線形
光学材料得ることができる。
第1図は1本発明にかかる非線形光学素子の一実施例の
構成図、第2図は、非線形光学媒体の一例である2−ニ
トロキサントンの吸収スペクトルを示す図、第3図は比
較例として2−メチル−4−ニトロアニリンの吸収スペ
クトルの図である。 1・・・レーザ光、3・・・非線形光学媒体、5・・・
第2高調波。
構成図、第2図は、非線形光学媒体の一例である2−ニ
トロキサントンの吸収スペクトルを示す図、第3図は比
較例として2−メチル−4−ニトロアニリンの吸収スペ
クトルの図である。 1・・・レーザ光、3・・・非線形光学媒体、5・・・
第2高調波。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、光が入射される媒体を備えてなる非線形光学素子に
おいて、当該媒体は、電子吸引性基または電子供与性基
の少なくとも一方が付加されたキサントンを含んでない
ことを特徴とする非線形光学素子。 2、特許請求の範囲第1項において、前記媒体が前記キ
サントンの骨格を化学構造中に含んだ透明高分子である
ことを特徴とする非線形光学素子。 3、特許請求の範囲第1項において、前記媒体が組成物
として前記キサントン誘導体を含む透明高分子であるこ
とを特徴とする非線形光学素子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62293398A JPH0750287B2 (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 非線形光学素子およびその製造方法 |
DE3854341T DE3854341T2 (de) | 1987-11-02 | 1988-11-02 | Nichtlineare optische Substanz. |
EP88118238A EP0315140B1 (en) | 1987-11-02 | 1988-11-02 | Non-linear optical device |
US07/711,414 US5176854A (en) | 1987-11-02 | 1991-06-05 | Non-linear optical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62293398A JPH0750287B2 (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 非線形光学素子およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01134436A true JPH01134436A (ja) | 1989-05-26 |
JPH0750287B2 JPH0750287B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=17794249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62293398A Expired - Lifetime JPH0750287B2 (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-20 | 非線形光学素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0750287B2 (ja) |
-
1987
- 1987-11-20 JP JP62293398A patent/JPH0750287B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0750287B2 (ja) | 1995-05-31 |
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