JPH01204032A - 非線形光学用の有機薄膜の作成法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非線形光学効果を利用した光学素子に係り、特
に、光導波層として用いる有機非線形光学材料の薄膜形
成法に関する。

〔従来の技術〕

π電子共役系を持ち、置換基として電子供与基及び電子
吸引基を持つ有機化合物は、非線形光学効果が大きく、
光素子用材料として極めて有用である。非線形光学効果
の中で、波長変換、光増巾、光スィッチなどに利用でき
る二次の非線形光学効果は、分子の配置が中心対称性を
もつ場合には発現しない。仮に、二次の非線形光学効果
を結晶状態では示す材料であっても、アモルファス状に
なると非線形光学効果は失なわれてしまう。このような
ことは、薄膜形成法としてスピンナー塗布、スパッタ蒸
着、真空蒸着等の方法を採用した際にしばしば見られる
。

さて、有機非線形光学材料を用いて光学素子を作製する
場合１通常薄膜化が必要になる。変換交率向上や素子の
小型化のためには、薄膜導波路を用いた方式が有利だか
らである。この際、問題になるのは、分子配列であり、
結晶性の高い薄膜育成が不可欠となる。結晶性の高い薄
膜として最も好ましいものは、単結晶薄膜であるが、そ
の作製法は、従来、アプライド・オプティックス２３゜
１４９１　（１９８６年）　　（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐ
ｔｉｃｓ　２３゜１４９１　（１９８６）で示されてい
るようなブリッジマン法があった。

ブリッジマン法は、結晶化させる物質の融点以上の温度
域と急峻な温度勾配を持つ電気炉内において、多結晶薄
膜を徐々に降下させることによって、融解、再結晶化し
単結晶薄膜を得る方法である。本方法では、１×１−以
上の大きさを持つ薄膜単結晶が得られるが、単結晶の結
晶性そのものが充分でなく、実用に供するに値する薄膜
は得られない。

このように、従来技術では高い結晶性を持つ単結晶薄膜
が作製できず、結果として充分な非線形光学特性が得ら
れないという問題があった。

本発明の目的は、結晶性の高い単結晶薄膜を形成し、充
分な非線形光学特性を持った薄膜を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ブリッジマン法による単結晶薄膜形成にお
いて、再結晶させる物質に直流電圧を印加しながら、再
結晶させることにより達成される。

〔作用〕 ブリッジマン法による再結晶の過程で、対象物質は、−
たん、溶融状態となったのち、温度勾配域で徐々に再結
晶化する。その際、有機分子は、分子間の相互作用によ
って、全体の自由エネルギが最小になるような配置をと
り結晶化する。しかし、有機分子間の相互作用エネルギ
は無機物質のように、互いに結合状態を形成する原子間
の相互作用エネルギに較べて著しく小さく、そのため、
再結晶化する際、分子配置の部分的な乱れが生じやすく
、これが、結晶性の低下となる。

二次の非線形光学効果を持つ有機分子は、ある方向に大
きな双極子能率を持つ。従って、中心対称性をもたない
分子配置、すなわち、非線形光学効果を示す分子配置は
、結晶全体として双極子能率を持つ状態である。この配
置は、その双極子能率の方向に平行な直流電場を印加し
た場合、より安定な配置となる。従って、ブリッジマン
法で再結晶する過程で、同時に直流電場を印加すれば、
非線形光学効果を示す分子配置が他の配置に較べてより
安定になる。従って、分子配置の乱れが起こりにくくな
り結晶性が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の内容を実施例に基づいて説明する。

〈実施例１〉 代表的な二次の非線形光学材料である２−メチル−４−
ニトロアニリン（以下ＭＮＡと略称する。）の単結晶薄
膜を第１図に示した装置で作製した。二枚のガラス基板
１と厚さ１μのネサ電極２で囲まれた空隙に毛細管現象
を利用して多結晶薄膜３を形成したセルを４０１／日の
速度で電気炉４の内部を降下させ、単結晶薄膜を作製し
た。

その際、炉内の温度分布は第２図に示した通りであり、
炉内の最高温度は１３３℃とした。また、この再結晶化
の際、電源５を用いてネサ電極２の間に１０”Ｖａａ−
’の直流電場を印加した。

この試料を使って第５図に示した構成の光変調素子を試
作した。ＹＡＧレーザ６からの赤外光７（波長１．０６
μｍ）を対物レンズ（二十倍）８で集光し、ガラス基板
１上のＭＮＡ薄膜３に導入した。出射した第二高調波を
もう一つの対物レンズ（二十倍）９で取り出し、平行ビ
ームとした。

ＹＡＧレーザにはスペクトラフィジックス社製モードロ
ックレーザを使用した。レーザ出射時でピーク出力は７
５０Ｗ、くす返シ周波数は８０ＭＨｚ、平均出力は８Ｗ
であった。この時の第二高調波１０の平均出力は３００
ｍＷであった。

〈参考例１〉 実施例１と同様の条件で試料に電気印加を行なわずにＭ
ＮＡ薄膜を作製した。この薄膜を用いて、実施例１と同
様な光変調実験を行なったところ、第二高調波の平均出
力は１５０ｍＷであった。

〈実施例２〉 実施例１と同様の条件で試料に印加する電圧を変えてＭ
ＮＡ薄膜を作製した。第３図に作製した薄膜のＸ線回折
パターンを示す。基板面に平行な格子面からの回折が得
られるようにＸ線回折装置をセットし、線源にはＣｕＫ
α線を用いた。第３図に見られるように、（ＯＫｏ）の
指数をもつ回折線のみが出現し、作製したＭＮＡ薄膜は
（０２０）面が基板に平行になるように結晶成長してい
ることがわかる。この特徴は作製した薄膜すべてに同じ
であった。

第４図に（０２０）回折線の半値幅と、再結晶時に印加
した電場との関係を示した。回折線の半値幅は、結晶性
と相関があり、結晶内の歪みが小さい。すなわち、結晶
性が高い程、半値幅は小さい値をとる。第４図かられか
るように、印加電場が１０２Ｖ／ａｎ以下では、得られ
るＭＮＡ薄膜の結晶性は変化しないが、１０３ｖ／ａ１
１以上では、得られる薄膜の結晶性が向上することがわ
かる。

従って、印加する電場は、１０２Ｖ／ａｎ以下が望まし
い。

なお、実施例では２−メチル−４−ニトロアニリンを用
いているが、他の有機非線形光学材料についても有効で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、結晶性が高く、非線形光学用としてよ
り有効な薄膜を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は本発明の
薄膜作製に用いた電気炉内の温度分布図、第３図は本発
明により作製した薄膜のＸ線回折パターン図、第４図は
（０２０）回折線の半値幅と印加電場との関係を示す図
、第５図は本発明により作製した薄膜を用いた光変調素
子の構成図である。 １・・・ガラス基板、２・・・ネサ電極、３・・・ＭＮ
Ａ薄膜、４・・・電気炉、５・・・電源、６・・・レー
ザ、７・・・レーザ第１図　　　　　　　第２図 第３図 ２０／ｄｅｇ 第４図 纂５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気炉及び試料の移動装置を用いる薄膜単結晶の作
   成法において、 前記試料に直流電圧を印加しつつ結晶化させることを特
   徴とする非線形光学用の有機薄膜の作成法。