JPH0196628A - 有機非線型光学材料 - Google Patents

有機非線型光学材料

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JPH0196628A
JPH0196628A JP25237887A JP25237887A JPH0196628A JP H0196628 A JPH0196628 A JP H0196628A JP 25237887 A JP25237887 A JP 25237887A JP 25237887 A JP25237887 A JP 25237887A JP H0196628 A JPH0196628 A JP H0196628A
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JP
Japan
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nonlinear optical
group
formulas
electron
tables
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JP25237887A
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English (en)
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Hideji Ikeda
秀嗣 池田
Yutaka Kawabe
豊 川辺
Toshio Sakai
俊男 酒井
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/355Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/361Organic materials

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plural Heterocyclic Compounds (AREA)

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〕 本発明は有機非線型光学材料に関し、詳しくは光情報処
理、光通信、光計測、光エレクトロニクスなどの分野に
おいて有用な有機系の光学材料に関する。
〔従来の技術〕
近年、レーザーの発展によってもたらされたコヒーレン
トで強い光電場は、物質の分極が光電場に対して非線型
に応答するという非線型光学効果を可能にした。非線型
光学効果を示す物質は、非線型光学材料と呼ばれ、光高
調波発生、光整流、光混合、光パラメトリツク増幅、位
相共役波発生、自己集束効果などさまざまな効果をもた
らすことから、光コンピューターや光エレクトロニクス
などの各種素材として注目されている。
従来は無機物、例えばKH,PO2が非線型光学材料と
して使われてきたが、非線型光学定数が充分大きくなく
、吸湿性があるため用途が限られていた。例えばレーザ
ーの高調波発生器として使う場合乾燥ボックス内に固定
して使うなどしていた。これに対して非線型光学定数が
大きく、吸湿性もない有機物が注目されているが、光損
傷に弱い(熱的にあまり安定でない)ため実用品として
の用途に耐えるものは未だ得られていない。例えば有機
非線型光学材料として最も有名な2−メチル−4−ニト
ロアニリン(MNA)の融点ハ131〜3°Cである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、光損傷に強く、熱的に安定で非線型光学定数
の大きな有機非線型光学材料を提供しようとするもので
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは優れた実用性を有する有機非線型光学材料
について鋭意研究を重ねた結果、特定なヘテロ環を電子
受容基として有する化合物からなる有機非線型光学材料
が前記目的に適合しうることを見出し、この知見に基づ
いて本発明を完成するに至った。
すなわち本発明はへテロ環を電子受容基として有する下
記一般式で表される有機非線型光学材料を提供するもの
である。
〔式中、Xはカルコゲン原子、nl、 R2はそれぞれ
水素、炭素数1〜6のアルキル基またアリール基でAr
は電子供与性基を示す。〕 上記一般式におけるカルコゲン原子としては、酸素、イ
オウ、セレン、テルル、ポロニウムが挙げられるが、好
ましくは酸素またはイオウである。
またRISptは水素、メチル基、エチル基、プロピル
基、フェニル基、ナフチル基が挙げられるが、好ましく
は水素またはメチル基である。
電子供与性基Arとしては、例えば CtHs    、または (ただしnはO〜4の整数)などを挙げることができる
本発明のへテロ環化合物は、下記式に示されるように、
電子供与性基を有するアルデヒド化合物とバルビッール
酸誘導体またはチオバルビッール酸誘導体とを反応させ
る簡単な反応により合成することができる。
これらは、室温、水中、無触媒という極めて温和な条件
で合成することができる。
〔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、
本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではな
い。
合成例1 1.3−ジメチルバルビッール酸2.1g(13゜4ミ
リモル)を400rneの水にとかし、これに4−ジメ
チルアミノ−ベンズアルデヒド2g(13,4ミリモル
)の20m!メタノール溶液を加えて室温で1時間放置
した。生じた結晶を濾別し、水、メタノールの順に洗浄
して橙色板状晶2.3g(収率60%)を得た。
このものの融点は242°Cであり、紫外−可視吸収ス
ペクトル(ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒)の
吸収極大波長λ、□は470nmであり、その波長にお
けるモル吸光係数εは5.4×I Q ’ M−’cm
−’)であった、また、 ’H−NMR(HMDS/d
’−DMSO)の結果は第1表のとおりであった。
これらの結果から、ここで得られた橙色板状晶は下記構
造式で示される化合物であることがわかる。
第1表 δ値  分裂  帰属  積分比  理論比3.10 
  s    a    6.3   63.35  
 s    b    6.4   66.67   
d    c    2.0   2合成例2 バルビッール酸2.0g(15,6ミリモル)を400
mj!の水にとかし、これに4−ジメチルアミノ−ベン
ズアルデヒド2.3g(15,6ミリモル)の20mf
f1メタノール溶液を加えて室温で1時間放置した。生
じた結晶を濾別し、水、メタノールの順に洗浄して橙色
板状晶3.6g(収率89%)を得た。
このものの融点は281°Cであり、紫外−可視吸収ス
ペクトル(ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒)の
吸収極大波長λIINIXは470nmであり、その波
長におけるモル吸光係数εは6.1×104M−菖cm
−’)であった。また、’H−NMR(HMDS/d’
−DMSO)の結果は第2表のとおりであった。
これらの結果から、ここで得られた橙色板状晶は下記構
造式で示される化合物であることがわかる。
第2表 δ値  分裂  帰属  積分比  理論比3.10 
  s    a    6.2   66.50  
 d    b    1.8   28.41   
d    c    1.8   28.43   s
    d    i、0   1合成例3 チオバルビッール酸2.0g(13,9ミリモル)を4
00mj!の水にとかし、これに4−ジメチルアミノ−
ベンズアルデヒド2.1.g(13,9ミリモル)の2
0mj2メタノール溶液を加えて室温で1時間放置した
。生じた結晶を濾別し、水、メタノールの順に洗浄して
赤色板状晶3.2g(収率84%)を得た。
このものの融点は239°Cであり、紫外−可視吸収ス
ペクトル(ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒)の
吸収極大波長λ□8は500 nmであり、その波長に
おけるモル吸光係数εは6.4×10’ F’cm−’
)であった。また、’H−NMR(HMDS/d’−D
MSO)の結果は第3表のとおりであった。
これらの結果から、ここで得られた赤色板状晶は下記構
造式で示される化合物であることがわかる。
第3表 δ値  分裂  帰属  積分比  理論比3.10 
  s    a    5.8   66.50  
 d    b    2.1   28.43   
d    c    2.0   28.45   s
    d    1.0   1合成例4 底 1.3−ジメチルバルビッール酸1.4g(6,4ミリ
モル)を400mAの水にとかし、これにN−エチルカ
ルバゾール−4−カルボキシアルデヒドIg(6,4ミ
リモル)の10m乏ジオキサン溶液を加えて室温で1時
間放置した。生じた結晶を濾別し、水、ジオキサンの順
に洗浄して黄色板状晶0.7g(収率30%)を得た。
このものの融点は279°Cであり、紫外−可視吸収ス
ペクトル(ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒)の
吸収極大波長λ1.8は440nmであり、その波長に
おけるモル吸光係数εは2.8×10’ M−’cm−
’)であった。また、’H−NMR(HMDS/d’−
DMSO)の結果は第4表のとおりであった。
これらの結果から、ここで得られた黄色板状晶は下記構
造式で示される化合物であることがわがる。
CH,CH,c a 第4表 δ値  分裂  帰属  積分比  理論比1.40 
  t    a    3.0   32.90  
 s    b    1.9   23.11s  
  c    2.8   3合成例5 1.3−ジメチルバルビッール酸0.9g(5,7ミリ
モル)を400mff1の水にとかし、これに4−ジメ
チルアミノシンナムアルデヒドIg(5,7ミリモル)
の20m1ジオキサン溶液を加えて室温で1時間放置し
た。生じた結晶を濾別し、水、ジオキサンの順に洗浄し
て赤紫色針状晶1.1g(収率62%)を得た。
このものの融点は256℃であり、紫外−可視吸収スペ
クトル(ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒)の吸
収極大波長λsagは540nmであり、その波長にお
けるモル吸光係数εは1.7×10’ M−’cm−’
)であった、また、IH−NMR(HMDS/d’−D
MSO)の結果は第5表のとおりであった。
これらの結果から、ここで得られた赤紫色針状晶は下記
構造式で示される化合物であることがわかる。
第5表 δ値  分裂  帰属  積分比  理論比3.10 
  s    a    6.2   63.40  
 s    b    6.4   68.45   
d    f    1.0   1合成例6 チオバルビツール酸0−8g(5,6ミリモル)を40
0mj!の水にとかし、これに4−ジメチルアミノシン
ナムアルデヒドIg(5,6ミリモル)の20m!ジオ
キサン溶液を加えて室温で1時間放置した。生じた結晶
を濾別し、水、ジオキサンの順に洗浄して青紫色針状晶
1.5g(収率88%)を得た。
このものの融点は268℃であり、紫外−可視吸収スペ
クトル(ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒)の吸
収掻大波長λ1.ヨは570nmであり、その波長にお
けるモル吸光係数εは6.3×10’ M−’cm−’
)であった、また、’)I−NMR(HMDS/d’−
DMSO)の結果は第6表のとおりであった。
これらの結果から、ここで得られた青紫色針状晶は下記
構造式で示される化合物であることがわかる。
第6表 δ値  分裂  帰属  積分比  理論比3.10 
  s    a    6.2   68.45  
 d    e    1.0   1次に、これら合
成例1〜6で得られたヘテロ環化合物の非線型光学効果
の測定実験を実施例に示すがそれに先立って実施例で測
定するμ。β(永久双極子モーメントと二次の非線型光
学定数の積)の意義について若干の説明を加える。
一般に光が物質に入射すると、光の電界已によって、分
極Pが生じ、その関係は次式 2式% で表される。ここでχ1は感受率、χ2は二次の非線型
光学定数、χ、は三次の非線型光学定数である。
上記関係式は巨視的な分極と電界の関係式であるが、分
子1個に対しても同様な式が成り立つと考えられる。つ
まり、有機分子の微視的分極μは次式で表される。
μ=μ。+αE+βE”+7E3+・・・(式中、μ。
は永久双極子モーメント、Eは光による電界、αは分極
率、βは二次の非線型光学定数、γは三次の非線型光学
定数を示す。)ここで、非線型光学定数であるβ、γや
χ2、χ、はそれぞれ関連があり、一つが大きいものは
他の値も大きいと考えられる。また、β、Tやχ2、χ
3等の非線型光学定数の大きいものほど大きな非線型光
学効果を発現するものである。しかも永久双極子モーメ
ントであるμ。は物質の違いによる差はあまりなく、は
とんどの物質が3×10” 〜10 X 10−” e
su程度である。したがって、各物質のμ。βを測定し
て比較すれば、その値の違いはβ値に起因するものと考
えてよい。
それ故、μ。β値を測定すればその物質の非線型光学効
果の程度が直ちに測定できることとなる。
実施例1〜6 合成例1〜6で得られたヘテロ環化合物のμ。
βの値を第1図に示すようにして測定した。
即ち、第1図が試料の第二高調波(SHO)の強度を測
定してμ。βを算出するために使用する装置のブロック
図であり、まず試料(合成例で得られたヘテロ環化合物
)をDMSO溶媒に濃度0゜1〜1.0重量%となるよ
うに溶解し、これを試料セル2に入れる。次にこの試料
セルに高電圧パルサー8により3X101′V/mの電
界をパルス的に印加した。光源はQスイッチYAGレー
ザーlの基本波ω(1,064μm)を用い。偏光面を
電界と平行に入射した。発生したSHOを分光器3で分
けて受光器4に集め、ここで得られたMaker干渉縞
のピーク強度と間隔のデータを増幅器5、A/Dコンバ
ーター6を通じてコンピューター7で処理し、μ。βを
求めた。結果を第7表に示す。
なお、上述の実験方法は、C,C,Teng and 
A、F。
Garito、 Phys、Rev、 B、、28.6
766 (1983)に報告された方法とほぼ同じもの
である。
比較例1 上記実施例において合成例で得られたヘテロ環化合物の
代わりに、2−メチル−4−ニトロアニリン(MNA)
を用いたこと以外は、実施例と同様の操作を行った。結
果を第7表に示す。
第7表 No、    試料化合物    uoβ(esu)実
施例1 合成例1の化合物  900 Xl0−”実施
例2 合成例2の化合物  950 Xl0−”専施例
3 合成例3の化合物 1900 Xl0−”実施例4
 合成例4の化合物  610 Xl0−”実施例5 
合成例5の化合物 7200 Xl0−”実施例6 合
成例6の化合物 5400 Xl0−”比較例  NM
A        270 xlO−”〔発明の効果〕 本発明のへテロ環化合物は、これまでの有機系の非線型
光学材料よりもはるかに大きいμ。β値を有し、すぐれ
た非線型光学効果、とりわけ大きなSHGの効果を発現
する。また、光…傷に強く、熱的に安定である。
したがって、本発明のへテロ環化合物は、半導体レーザ
ー光源や演算素子、光双安定素子、光変調器、光スィッ
チなどのデバイスとして、光通信、光情報処理、光計測
などに有効かつ幅広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例および比較例で行った試料のμ。β値
を求める実験に用いた装置のブロック図である。 図中、1はQスイッチYAGレーザー、2は試料セル、
3は分光器、4は受光器、5は増幅器、6はA/Dコン
バーター、7はコンピューター、8は高電圧パルサーを
示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ヘテロ環を電子受容基として有する下記一般式で表
    される有機非線型光学材料。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、Xはカルコゲン原子、R^1、R^2はそれぞ
    れ水素、炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基、
    Arは電子供与性基を示す。〕2、電子供与性基が、 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、または ▲数式、化学式、表等があります▼ で表されるものである(式中、nは0〜4の整数)特許
    請求の範囲第1項記載の有機非線型光学材料。
JP25237887A 1987-10-08 1987-10-08 有機非線型光学材料 Pending JPH0196628A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003535123A (ja) * 2000-06-05 2003-11-25 ノブスファルマ ソチエタ ペル アツィオニ 治療薬としてのバルビツール酸類似体
CN110746404A (zh) * 2019-10-28 2020-02-04 齐鲁工业大学 一种9位烷基化的咔唑类化合物及制备方法与应用

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