JPH02248931A - 非線形光学有機材料 - 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、光コンピュータや光通信など広範な分野で光
制御素子等として用いられる非線形有機材料に関し、さ
らに詳しくは、白色で透明性に優れ、カットオフ波長が
短波長領域にあり、良好なＳＨＧ活性を示し、結晶性の
良好な非線形有機材料に関する。

〈従来の技術〉 非線形光学材料は、レーザー光の周波数変換、増幅、発
振、スイッチングなどの現象を生じ、第２高調波発生（
Ｓ）（Ｇ）、第３高調波発生（ＴＨＧ）、高速度シャッ
ター、光メモリ−、光演算素子などへの応用が可能であ
る。

このように、非線形光学材料は、光周波数を変換する機
能を有しているほか、電場積よって屈折率が変化する特
質を生かした光スィッチなどへの応用が可能であるため
、活発な研究が進められている。

従来、非線形光学材料としては、主として水溶性のＫＨ
Ｉ　ＰＯ４（ＫＤＰ）　、ＮＨ４Ｈ諺ＰＯ１あるいは非
水溶性のＬ　Ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｓ　、Ｋ　Ｎ　ｂ　Ｏｓな
どの無機系の単結晶材料（誘電体結晶）が用いられてき
たが、最近は尿素やｐ−ニトロアニリン。

２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）、４’　−
（Ｎ、Ｎ″−ジメチルアミノ）−４−二トロスチルベン
（ＤＡＮＳ）などの非線形光学有機材料の開発が進めら
れている。ポリジアセチレンやポリフッ化ビニリデンな
どの高分子有様材料についても、その非線形光学効果を
利用して、制御機能を有する導波路、光ＩＣなどへの応
用が検討されている。

これら非線形光学材料の研究に関しては、例えば、「有
機非線形光学材料」加藤政雄、中西へ部監修（シー・エ
ム・シー社、１９８５年刊）、ｒＮｏｎｌｌｎｅａｒ　
０ｐｔｌｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｏｒｇ
ａｎｉｃＭｏｌｅｃｕｌｅｓ　ａｎｄ　Ｃｒｙｓ＋ｔａ
ｌｓ　　Ｖｏｌ、　Ｉ及び　Ｖｏｌ、■Ｄ、　Ｓ、　Ｃ
ＨＥＭＬＡ、　Ｊ、　ＺＹＳＳ編（ＡＣＡＤＥＭＩＣＰ
ＲＥＳＳ、１９８７年刊）などの文献に最近の研究状況
がまとめられている。

ところで、非線形光学材料として要求される非線形光学
効果のうち、特に第２高調波発生（ＳＨＧ）は、変換の
効率が高い等の理由から波長変換の基本技術として位置
付けられている。また、効率よ＜ＳＨＧをおこすために
有効非線形光学定数の大きい材料が求められている。そ
して、先の文献に詳しく述べられているように、材料が
ＳＨＧ活性を示すためには、その結晶が対称中心を持た
ないこと、すなわち結晶での分子の配列に反転対称性が
生じないことが必要である。また、非線形光学材料とし
、て実用化するに当たっては、室温で安定でかつ出来る
だけ大きな単結晶を形成するものであることが望まれる
。

さらに、現在の半導体レーザーの波長は８００ｎｍ程度
であるので、カットオフ波長は４００ｎｍ以下の短波長
領域にあることが実用上必要とされる。一般に、非線形
光学有機材料は、π電子共役系の構造に起因して黄色な
いしは黄緑色に着色した結晶を与えるものが多く、その
ためもありカットオフ波長は、通常、４００ｎｍを越え
る長波長領域に位置している０例えば、ｐ−ニトロアニ
リンでは４７０ｎｍ、ＭＮＡでは４８０ｎｍ、ＤＡＮＳ
では４３０〜５８０ｎｍといようにかなり長波長領域に
カットオフ波長が存在する。そこで、光周波数変換素子
としての実用的な要求特性からは、白色・透明な材料で
あり、したがって透明波長域が広く、カットオフ波長が
４００ｎｍ以下の短波長領域にあることが求められる。

従来公知の非線形光学無機材料は、一般に結晶性が良く
、大きな結晶を得やすいという性質があるが、純度の高
い単結晶が高価であり、潮解性を有し、しかも有機材料
に比較して非線形光学定数が小さいという欠点がある。

一方、非線形光学有機材料には一般に非線形光学定数の
大きいものがあることは知られているが、室温で安定か
つ大きな有機結晶を調製するのが困難である０例えば。

従来知られている有機結晶の内、ＭＮＡは対称中心を持
たない結晶となるためＳＨＧ活性を有し、第２高調波発
生効率はＬＩＮｂＯ，の約２０００倍もあることが報告
されている。しかし、ＭＮＡは大きな単結晶が得られに
くいため実用的ではないという欠点がある。また、尿素
は、大きな単結晶を得やすく、白色・透明で、カットオ
フ波長も２００ｎｍと短波長であるけれども、耐湿性に
劣るという欠点がある。ｐ−ニトロアニリンやＤＡＮＳ
は、分子レベルでは分子分極率βは非常に大きい値を示
すが、結晶になると分子の配列に反転対称を持つに至る
ためＳＨＧを活性を示さないという問題がある。

最近、非線形光学有機材料として１種々の有機化合物が
報告されているが、ＳＨＧ活性が大きく、安定で、大き
な単結晶に成長させやすく、しかも白色で透明性に（！
れ、カットオフ波長が短い非線形光学有機材料を提供す
る点ではいまだ不十分である。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を克服し
、室温で安定で、対称中心を持たない単結晶を形成し、
必要に応じて大きな単結晶に成長させることができ、Ｓ
ＨＧ活性が大きく、しかも白色で透明性に優れ、カット
オフ波長が短波長域にある非線形光学有機材料を提供す
ることにある。

本発明者らは鋭意研究した結果、（−）−キナ酸が結晶
性に優れ、ＳＨＧ活性を有し、かつ、カットオフ波長も
２５４ｎｍと短波長領域にあることを見出し、その知見
に基づいて本発明を完成するに至った。

〈課題を解決するための手段〉 すなわち、本発明の要旨は、下記式 で表わされる（−）−キナ酸からなることを特徴とする
非線形光学有機材料にある。

以下、本発明の構成要素について詳述する。

本発明で使用する（−）−キナ酸は、通常、単にキナ酸
と呼ばれ、１，３，４．５−テトラヒドロキシシクロヘ
キサン−１−カルボン駿にあたる化合物である。１，３
．４位の水酸基はシス配置をとり、５位の水酸基だけが
トランス配置をとる。また、キナ酸は光学活性（左旋性
）を有している。

キナ酸は、その六員環の骨格冬こ４個の水酸基と１個の
カルボキシル基を有し、分子環に大きな水素結合が期待
できるため、結晶性が良好であり、有機溶剤溶液からの
スローエバポレイジョン法などにより容易に白色・透明
な単結晶を得ることができる。その単結晶は室温で安定
で、光損傷を受けに（く、また、加工が容易であるため
デバイス化も容易である。

本発明者らは、このキナ酸の結晶がＳＨＧ活性を有する
ことを見出した。キナ酸の結晶粉末は、尿素とほぼ同等
のＳＨＧ効率を示すことから明らかなように優れた非線
形光学効果を示し、さらに分子内にπ電子系の構造をも
っていないため白色・透明性に優れており、そのカット
オフ波長は２５４ｎｍと短波長領域にあるので、８００
ｎｍ程度の半導体レーザーの波長変換素子としての使用
が充分可能である０本発明のキナ酸からなる非線形光学
有機材料は、粉末、単結晶、溶液など各種の態様で非線
形光学材料として用いることができる。

〈実施例〉 以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。

〔実施例］ メルク（ＭＥＲＣＫ）社製の（−）−キナ酸（商品名Ａ
ｒｔ、８００２１ｇ）の微粉末結晶に。

Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザ−（波長＝１．０６４ｕｍ。

出力１０ｍＪ／パルス）を照射すると、第２高調波が発
生（ＳＨＧ）Ｌ、、入射光の１／２の波長（５３２ｎｍ
）の緑色光が観測できた。ＳＨＧ効率は、尿素と同程度
であった。また、レーザー光による光損傷は全く見られ
なかった。

〈発明の効果〉 本発明によれば、室温で安定で、結晶性が非常に良く、
しかも白色で透明性に優れ、カットオフ波長が短波長領
域にある非線形光学有機材料を提供することができる０
本発明のキナ酸からなる非線形光学有機材料は、半導体
レーザーの波長変換素子としての使用が可能であるなど
実用上重要な意義を有する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされる（−）−キナ酸からなることを特徴とする
   非線形光学有機材料。