JPH03154035A - Organic nonlinear optical material and element using the same - Google Patents

Organic nonlinear optical material and element using the same

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JPH03154035A
JPH03154035A JP29428089A JP29428089A JPH03154035A JP H03154035 A JPH03154035 A JP H03154035A JP 29428089 A JP29428089 A JP 29428089A JP 29428089 A JP29428089 A JP 29428089A JP H03154035 A JPH03154035 A JP H03154035A
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JP
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nonlinear optical
optical
core
optical material
light
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JP29428089A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Mizoguchi
晃 溝口
Yasuji Ogaki
安二 大垣
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain the org. nonlinear optical material which exhibits a high quadratic nonlinear optical effect and decreases light absorption in the optical wavelength region to be used and the element using this material by consisting the material of a compd. expressed by prescribed general formula. CONSTITUTION:This org. nonlinear optical material consists of the compd. expressed by the general formula I. In the formula, X denotes a hydrogen atom or electron-donative group. The material A made of this constitution is used in the optical waveguide part. For example, an optical wavelength converting element B has the structure in which the core 1 as the optical waveguide part formed of the material A is coated with a clad 2 consisting of a medium (isotropic medium) consisting of glass or the like which does not exhibit the quadratic nonlinear optical effect. Light of a laser beam, etc., is condensed by a lens, etc., and is made incident to the core 1 from one end face of the element B. The material B forming the core 1 exhibits the high quadratic nonlinear optical effect and, therefore, the light emitted from the other end face of the core 1 includes basic waves and second harmonic waves. The second harmonic waves are taken out by separating the same by a spectroscopic means, such as prism.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、オプトエレクトロニクス分野で好適に使用
される有機非線形光学材料とそれを用いた非線形光学素
子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to an organic nonlinear optical material suitably used in the field of optoelectronics and a nonlinear optical element using the same.

〈従来の技術と考案か解決しようとする課題〉非線形光
学効果とは、結晶内部にかかる電場よって誘起される分
極Pが次式に示されるように°、P−X”E+X”E 
−E+X(3)E −E −E+・・・X(n) =n
次の非線形感受率 E:電場ベクトル 2次以上の項を有することによって生じる非線形性に伴
って発現する光学的効果である。そして、2次の非線形
光学現象としては第2高調波発生、光整流、光混合パラ
メトリック増幅及びポッケルス効果があり、3次のもの
としては第3高調波発生、光双安定性、カー効果等があ
る。
<Prior art and problems to be solved> Nonlinear optical effect is a nonlinear optical effect in which polarization P induced by an electric field applied inside a crystal is expressed as °, P−X"E+X"E
-E+X(3)E -E -E+...X(n) =n
The following nonlinear susceptibility E: This is an optical effect that occurs due to nonlinearity caused by having a second-order or higher-order term in the electric field vector. Second-order nonlinear optical phenomena include second harmonic generation, optical rectification, optical mixing parametric amplification, and Pockels effect, and third-order phenomena include third harmonic generation, optical bistability, Kerr effect, etc. be.

特に、光の電場の2乗に比例して起る2次の非線形光学
効果は、光波長変換素子、光変調素子等の非線形光学素
子としてオプトエレクトロニクス分野の発展を約束する
素子への応用が可能であるため多くの注目を集めている
In particular, the second-order nonlinear optical effect that occurs in proportion to the square of the electric field of light can be applied to nonlinear optical elements such as optical wavelength conversion elements and optical modulation elements that promise the development of the optoelectronics field. Therefore, it is attracting a lot of attention.

それらの素子を構成する材料は、現在のところKH2P
O2などの一部の無機材料が実用されているにすぎない
。しかし、それら無機材料の非線形光学定数は小さく、
それゆえ素子の動作には極めて高い電圧、または極めて
強い光強度が必要であった。このため、非線形光学効果
の大きい材料への要求は極めて強く、様々な材料探索が
なされてきた。無機材料においては、ニオブ酸リチウム
(L i Nb03)が最も大きい非線形光学定数を有
しているが、ニオブ酸リチウムは強いレーザ光を照射す
ると部分的に屈折率の変化を生じ、また容易に光で損傷
する欠点を有しており未だ実用化されていない。
The materials that make up these devices are currently KH2P.
Only some inorganic materials such as O2 are in practical use. However, the nonlinear optical constants of these inorganic materials are small;
Therefore, the operation of the device requires extremely high voltage or extremely strong light intensity. For this reason, there is an extremely strong demand for materials with a large nonlinear optical effect, and various materials have been searched for. Among inorganic materials, lithium niobate (L i Nb03) has the largest nonlinear optical constant, but lithium niobate causes a partial change in refractive index when irradiated with strong laser light, and is easily exposed to light. However, it has the disadvantage of being damaged by damage, so it has not been put into practical use yet.

最近、fi)大きな非線形分極率、(i)高い光損傷性
、(iiil高速対高速応電場応答性で、本質的に無機
材料より優れている有機非線形光学材料が注目されてい
る。特に、2次の非線形光学現象の一つである第2高調
波発生(SHG)を利用して入射光(基本波)の波長を
172に変換する第2高調波発生素子の材料として注目
されている。
Recently, organic nonlinear optical materials have attracted attention because they are essentially superior to inorganic materials in terms of fi) large nonlinear polarizability, (i) high photodamage resistance, and (iii) fast to fast electric field response.In particular, 2 It is attracting attention as a material for a second harmonic generation element that converts the wavelength of incident light (fundamental wave) to 172 nm using second harmonic generation (SHG), which is one of the following nonlinear optical phenomena.

上記有機非線形光学材料としては、例えば、下I己のN
−メチル−N−(4−ニトロ)フェニルアミノア七ト二
トリル(以下、N P A Nと略称する)2−メチル
−4−ニトロアニリン(以下、MNAと略称する)、p
−ニトロ−(2−ヒドロキシメチル−ピロリニル)フェ
ニレン(以下、NPPと略称する)等があげられる。
As the organic nonlinear optical material, for example, the following N
-Methyl-N-(4-nitro)phenylaminoani7tonitrile (hereinafter abbreviated as NPA N) 2-methyl-4-nitroaniline (hereinafter abbreviated as MNA), p
-nitro-(2-hydroxymethyl-pyrrolinyl)phenylene (hereinafter abbreviated as NPP) and the like.

NPAN           MNAPP しかし、これらの有機結晶材料では超分極率βが比較的
大きいものであっても、結晶構造が対称中心を有するた
め、結晶状態では2次の非線形光学現象を生じないもの
が多いという欠点があった。
NPAN MNAPP However, even if these organic crystalline materials have a relatively large hyperpolarizability β, their crystal structure has a center of symmetry, so they often do not produce second-order nonlinear optical phenomena in the crystalline state. was there.

即ち、分子分極μは次式に示され、 μ墳α E+βE−E + γ E−E−E +・・・
・・・〔α、β、72641次、2次、3次の分子超分
極率、 E:電場ベクトルコ 各超分極率が大きい程、微視的分極は大きくなり非線形
光学現象は大きくなるものの、前記分極Pは結晶の巨視
的分極を示しており、結晶構造が対称中心を持つ場合に
は2次の非線形光学現象は生じない。従って、分子自身
の持つ非線形光学現象に対する能力は大きいものの結晶
構造の反転対称性のために2次の非線形現象が生じない
場合が存在する。このように、有機結晶材料の光学特性
は、分子の特性のみならず、結晶中における分子配列に
より大きな影響を受けるが、有機分子性結晶における分
子配列はある温度領域で個々の分子種によって一義的に
決まる場合が多く結晶中での分子配列制御は非常に困難
である。従って、分子自身のもつ光学特性が分子配列に
よって影響を受け、有機結晶材料を構成する分子本来の
光学特性を十分に発揮できないという問題がある。
That is, the molecular polarization μ is expressed by the following formula, μ mound α E + βE-E + γ E-E-E +...
...[α, β, 72641st, 2nd, and 3rd order molecular hyperpolarizabilities, E: Electric field vector The larger each hyperpolarizability, the larger the microscopic polarization and the greater the nonlinear optical phenomenon, but the above Polarization P indicates macroscopic polarization of the crystal, and when the crystal structure has a center of symmetry, no second-order nonlinear optical phenomenon occurs. Therefore, although the molecule itself has a large ability to handle nonlinear optical phenomena, there are cases in which second-order nonlinear phenomena do not occur due to the inversion symmetry of the crystal structure. In this way, the optical properties of organic crystal materials are greatly influenced not only by the properties of the molecules but also by the molecular arrangement in the crystal, but the molecular arrangement in organic molecular crystals is unique depending on the individual molecular species in a certain temperature range. It is very difficult to control the molecular arrangement in the crystal. Therefore, there is a problem that the optical properties of the molecules themselves are affected by the molecular arrangement, and the inherent optical properties of the molecules constituting the organic crystal material cannot be fully exhibited.

また、第2高調波発生素子では、得られた第2高調波を
効率良く取り出すためには、上記素子に用いられる有機
非線形光学材料が使用される光波長領域において、光吸
収が小さいことが必要である。
In addition, in the second harmonic generation element, in order to efficiently extract the obtained second harmonic, it is necessary that the organic nonlinear optical material used in the element has low light absorption in the optical wavelength range in which it is used. It is.

例えば、780r+n+〜840rvの半導体レーザの
短波長化技術に用いられる光波長変換素子の非線形光学
材材料としては、第2高調波領域である3 90 nm
−420nInの波長領域で光吸収が小さい非線形光学
材料が好ましい。
For example, as a nonlinear optical material for an optical wavelength conversion element used in short wavelength technology for semiconductor lasers of 780r+n+ to 840rv, 390 nm, which is the second harmonic region, is used.
A nonlinear optical material with low light absorption in the -420nIn wavelength region is preferable.

しかし、従来知られている、上記のNPAN。However, the above-mentioned NPAN is conventionally known.

MNA、NPP等の有機非線形光学材料は、そのほとん
どが390no+〜420nmの波長領域で大きな光吸
収を示すという問題があった。
Organic nonlinear optical materials such as MNA and NPP have a problem in that most of them exhibit large optical absorption in the wavelength range of 390 nm to 420 nm.

この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、大
きな2次の非線形光学効果を示し、使用される光波長領
域において光吸収が少ない有機非線形光学材料およびそ
れを用いた素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides an organic nonlinear optical material that exhibits a large second-order nonlinear optical effect and has low light absorption in the optical wavelength region in which it is used, and an element using the same. With the goal.

上記問題を解決するために、発明者等は、分子軌道法を
用いて光吸収極大波長(λmax )および2次超分極
率βの予測を行い、それにより非線形光学素子に好適な
分子構造を決定するという手法を用いることによって、
下記一般式(I)で表される化合物が高い2次の非線形
光学効果を示し、特に第2高調波発生素子用の有機非線
形光学材料として好適に使用しつるという新たな事実を
見い出だM O法により確認できる。P P P−MO
法は一種の分子軌道法であり、簡便で広範囲に利用され
ている計算方法である[A、 Martln、 Act
a ChemicaAcadcmiae Scicnt
iarum Hungaricae、 84.259(
I975)参照]。
In order to solve the above problem, the inventors used the molecular orbital method to predict the optical absorption maximum wavelength (λmax) and the second-order hyperpolarizability β, and thereby determined a molecular structure suitable for nonlinear optical elements. By using the method of
We have discovered a new fact that the compound represented by the following general formula (I) exhibits a high second-order nonlinear optical effect and can be particularly suitably used as an organic nonlinear optical material for second harmonic generation elements. This can be confirmed by the MO method. P P P-MO
The method is a type of molecular orbital method, and is a simple and widely used calculation method [A, Martln, Act
a Chemica Acadcmiae Scint.
iarum Hungaricae, 84.259 (
I975)].

また、P P P −M O法により−得られた各分子
パラメーターを用いて、次式より2次超分極率βを算出
することができる [J、 L、 0udar、 J、
 Chem、。
Furthermore, using each molecular parameter obtained by the P P P -MO method, the secondary hyperpolarizability β can be calculated from the following formula [J, L, Oudar, J,
Chem.

Phys、、 67、448 (I977)参照]。Phys, 67, 448 (I977)].

すなわち、この発明にかかる有機非線形光学材料は、上
記一般式(I)で表される化合物からなることを4t!
徴とする。
That is, the organic nonlinear optical material according to the present invention is composed of the compound represented by the above general formula (I).
be a sign.

また、この発明の非線形光学素子は、上記一般式(I)
で表される化合物が光導波部に用いられていることを特
徴とする。
Further, the nonlinear optical element of the present invention has the above general formula (I)
It is characterized in that a compound represented by is used in the optical waveguide.

一般式(I)で表される化合物の2次超分極率βが大き
いことは、P P P (Pariser−Parr−
Pole) −2m     [w2 −(2f+ω)
  2][v  2 −(4(IJ)  2][e:電
子の電荷、4:h/2π(hはブランク定数)、m:電
子の質量、 −・二基底状態と励起状態のエネギー差、
hω:入射光エネルギー  r:振動子強度、 Δμ 
=基底状態と励起状態の双極子e モーメントの差] 上記P P P−MO法により、上記一般式(I)でX
がフッ素である化合物について、極大光吸収波長(λ 
max)を算出したところ、359nmとなった。
The fact that the second hyperpolarizability β of the compound represented by the general formula (I) is large means that P P P (Pariser-Parr-
Pole) −2m [w2 −(2f+ω)
2][v 2 -(4(IJ) 2][e: Charge of electron, 4: h/2π (h is blank constant), m: Mass of electron, -・Energy difference between two ground state and excited state,
hω: Incident light energy r: Oscillator strength, Δμ
=Difference in dipole e moment between ground state and excited state] By the above P P P-MO method, in the above general formula (I),
is fluorine, the maximum optical absorption wavelength (λ
max) was calculated to be 359 nm.

また、上記式を用いて、上記化合物の2次超分極率βを
算出したところ、24 x 10−”  esuとなっ
た。
Further, when the second-order hyperpolarizability β of the above compound was calculated using the above formula, it was found to be 24 x 10-'' esu.

なお、P P P −h10法および上記式を用いて算
出した2次超分極率βの値は、前記の実測値と良好な一
致が見られることが清水らにより報告されており(日本
化学会秋季年会予稿集、1987)、2次超分極率βの
計算にP P P−MO法および上記式を用いることは
妥当である。
It should be noted that Shimizu et al. reported that the value of the secondary hyperpolarizability β calculated using the P P P -h10 method and the above formula is in good agreement with the above-mentioned measured value (Chemical Society of Japan). Proceedings of the Autumn Annual Meeting, 1987), it is appropriate to use the P P P-MO method and the above formula to calculate the second-order hyperpolarizability β.

以上のように、この発明に係る上記一般式(I)で表さ
れる化合物は、上記MNA (I7X10”esu )
等の、2次超分極率βは大きいが、光吸収波長領域が4
00 nm台であるため非線形光学材料として使用され
ていない化合物の1.5倍程度の2次超分極率βを有し
、かつその光吸収波長領域がより短波長であるため、非
線形光学材料として好適に使用できる。
As described above, the compound represented by the general formula (I) according to the present invention is the compound represented by the above-mentioned MNA (I7X10"esu)
etc., the second-order hyperpolarizability β is large, but the optical absorption wavelength region is 4
Because it is on the order of 00 nm, it has a secondary hyperpolarizability β that is about 1.5 times that of compounds that are not used as nonlinear optical materials, and its light absorption wavelength region is shorter, so it is suitable as a nonlinear optical material. It can be used suitably.

従って、前記一般式(I1で表される化合物からなる有
機非線形光学材料は、2次超分極率βが大きく、顕著な
非線形光学効果を有し、オプトエレクトロニクス分野で
使用される非線形光学素子用材料、例えば、光波長変換
素子用材料、位相変調素子、振幅変調素子、周波数変調
素子、パルス変調素子、偏波面変調素子等の光変調素子
用材料として好適である。
Therefore, the organic nonlinear optical material composed of the compound represented by the general formula (I1) has a large second-order hyperpolarizability β, has a remarkable nonlinear optical effect, and is a material for nonlinear optical elements used in the optoelectronics field. For example, it is suitable as a material for optical wavelength conversion elements, a material for optical modulation elements such as a phase modulation element, an amplitude modulation element, a frequency modulation element, a pulse modulation element, and a polarization plane modulation element.

以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

上記Xとしては、水素原子のほか、電子供与性基、例え
ばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、
tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オ
クチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリ
デシル、テトラデシル、ペンタデシル等のアルキル基;
ヒドロキシル基;メチロール、2−ヒドロキシエチル、
3−ヒドロキシプロピル等のヒドロキシアルキル基;メ
トキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブト
キシ、イソブトキシ、tert−ブトキシ、ペンチルオ
キシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキ
シ、ノニルオキシ、デシルオキシ、ウンデシルオキシ、
ドデシルオキシ、トリデシルオキシ、テトラデシルオキ
シ、ペンタデシルオキシ等のアルコキシル基;メルカプ
ト基:メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ブチル
チオ、ヘキシルチオ等のアルキルチオ基;ヘンシルチオ
、フェニルチオ等の置換基を有していてもよいアラルキ
ルチオまたはアリールチオ基;アミノ、メチルアミノ、
エチルアミノ、プロピルアミノ、イソプロピルアミノ、
ブチルアミノ、ヘキシルアミノ、ジメチルアミノ、メチ
ルエチルアミノ、ジエチルアミノ、ジプロピルアミノ、
ジブチルアミノ等のアルキル素を有していてもよいアミ
ノ基:ベンジルアミノ、ベンズヒドリル、トリチルアミ
ノ等のアリールアミノ基:フッ素、塩素、ヨウ素等のハ
ロゲン原子;フッ素、塩素、ヨウ素等のハロゲン原子が
置換したフェニル基、上記アルキル基、上記フェニル基
を置換基として例示のヒドロキシル基、ヒドロキシアル
キル基、アルコキシ基、メルカプト基、アルキルチオ基
、置換基を有していてもよいアラルキルチオ基またはア
リールチオ基、アルキル基を有していてもよいアミノ基
、アラルキルアミノ基、アリールアミノ基の等が例示さ
れる。
In addition to a hydrogen atom, the above X may include an electron-donating group such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl,
Alkyl groups such as tert-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl;
Hydroxyl group; methylol, 2-hydroxyethyl,
Hydroxyalkyl groups such as 3-hydroxypropyl; methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, tert-butoxy, pentyloxy, hexyloxy, heptyloxy, octyloxy, nonyloxy, decyloxy, undecyloxy,
Alkoxyl groups such as dodecyloxy, tridecyloxy, tetradecyloxy, and pentadecyloxy; Mercapto groups: Alkylthio groups such as methylthio, ethylthio, propylthio, butylthio, and hexylthio; May have substituents such as hensylthio and phenylthio. Aralkylthio or arylthio group; amino, methylamino,
ethylamino, propylamino, isopropylamino,
Butylamino, hexylamino, dimethylamino, methylethylamino, diethylamino, dipropylamino,
Amino groups that may have an alkyl group such as dibutylamino: Arylamino groups such as benzylamino, benzhydryl, and tritylamino: Halogen atoms such as fluorine, chlorine, and iodine; Substituted with halogen atoms such as fluorine, chlorine, and iodine phenyl group, the above alkyl group, hydroxyl group, hydroxyalkyl group, alkoxy group, mercapto group, alkylthio group, aralkylthio group or arylthio group which may have a substituent, alkyl Examples include an amino group, an aralkylamino group, an arylamino group, which may have a group.

上記電子供与性基のうち、特にフッ素原子が好ましい。Among the above electron-donating groups, a fluorine atom is particularly preferred.

また、上記置換基は、適宜の位置に置換してもよいか、
2次の分子超分極率を大きくするためには、ピラゾリン
環の窒素原子と結合しているベンゼン環の炭素原子に対
して3位または4位にあるのが好ましく、特に4位にあ
るのが好ましい。
In addition, the above substituents may be substituted at appropriate positions, or
In order to increase the second-order molecular hyperpolarizability, it is preferably located at the 3rd or 4th position with respect to the carbon atom of the benzene ring that is bonded to the nitrogen atom of the pyrazoline ring, and in particular, the 4th position is preferred. preferable.

上記有機非線形光学材料は、非線形光学素子の光導波部
に使用することができるH、 Zyss、 J。
The organic nonlinear optical material described above can be used for an optical waveguide part of a nonlinear optical element.

Mo1ecular Electronics 1.2
5 (I91!5)など参照コ。
Molecular Electronics 1.2
5 (I91!5) etc.

この場合、導波部内に光を閉じ込めるので、光パワー密
度が大きくなり、また相互作用長を長くすることができ
るので高効率化を図ることができ、さらにモード分散を
利用した位相整合も可能である。
In this case, since the light is confined within the waveguide, the optical power density increases, and the interaction length can be increased, making it possible to achieve high efficiency, and furthermore, it is possible to achieve phase matching using mode dispersion. be.

以下に、添付図面に基づいて、上記有機非線形光学材料
を用いた本発明の非線形光学素子について詳細に説明す
る。
Below, the nonlinear optical element of the present invention using the above organic nonlinear optical material will be explained in detail based on the accompanying drawings.

第1図は本発明の光波長変換素子の一例であり、第2高
調波発生素子としての光フアイバー型光波長変換素子の
概略図を示し、一般式(I)で表される化合物からなる
有機非線形光学材料で形成された光導波部であるコア(
I)が、ガラス等の2次の非線形光学効果を示さない媒
質(以下、等方性媒質と称する)からなるクラッド(2
)で被覆された構造を有し、同図中、−点鎖線は入射さ
れた光の基本波を、二点鎖線は第2高調波を示す。レー
ザ光等の光はレンズ等で集光され、上記光波長変換素子
の一端面からコア(I)に入射される。コア(I)を形
成する上記非線形光学材料は大きい2次の非線形光学効
果を示すので、コア(I)の他端面より出射される光は
基本波と第2高調波を含み、プリズム、フィルタ等の分
光手段により分離することにより第2高調波が取り出さ
れる。
FIG. 1 is an example of the optical wavelength conversion element of the present invention, and shows a schematic diagram of an optical fiber type optical wavelength conversion element as a second harmonic generation element. The core is an optical waveguide made of nonlinear optical material (
I) is a cladding (2
), and in the same figure, the dash-dot line indicates the fundamental wave of the incident light, and the dash-dot line indicates the second harmonic. Light such as a laser beam is focused by a lens or the like, and is incident on the core (I) from one end surface of the optical wavelength conversion element. Since the nonlinear optical material forming the core (I) exhibits a large second-order nonlinear optical effect, the light emitted from the other end surface of the core (I) contains the fundamental wave and the second harmonic, and is The second harmonic is extracted by separating it using a spectroscopic means.

また第2図および第3図は、それぞれ光波長変換素子の
他の例を示す概略図であり、図面中、−点鎖線および二
点鎖線はそれぞれ第1図と同様な意味を示す。
Further, FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing other examples of the optical wavelength conversion element, respectively, and in the drawings, the dashed-dot line and the dashed-two dotted line have the same meanings as in FIG. 1, respectively.

第2図に示される光波長変換素子では、等方性媒質から
なる基板(22)上に上記非線形光学材料からなる光導
波部(21)が形成されており、また第3図に示される
光波長変換素子においては、等方性媒質からなる基板(
32)と、同じく等方性媒質からなるトップ層(33)
との間に上記非線形光学材料からなる光導波部(31)
か形成されている。上記の光波長変換素子は、第1図に
示される光波長変換素子と同様にして使用される。
In the optical wavelength conversion element shown in FIG. 2, an optical waveguide section (21) made of the above-mentioned nonlinear optical material is formed on a substrate (22) made of an isotropic medium, and the optical wavelength conversion element shown in FIG. In a wavelength conversion element, a substrate (
32) and a top layer (33) also made of an isotropic medium.
an optical waveguide section (31) made of the above-mentioned nonlinear optical material between
or is formed. The above optical wavelength conversion element is used in the same manner as the optical wavelength conversion element shown in FIG.

また、光変調素子としても従来から用いられている形態
のデバイスとすることができる。第4図は、その−例と
して、位相変調素子として、横型動作の光導波路型光変
調素子の概略図を示し、等方性媒質よりなる基板(42
)中に、非線形光学材料からなる光導波部(41)が設
けられていると共に、該光導波部(41)を介して2つ
の電極(43)が長さ方向に沿って対向する位置に設け
られており、該電極(43)間に電圧を印加することに
より電界が形成される。上記素子において、光導波部(
41)の長さ方向の一端から入射された光が光導波部(
41)を通過し他端面から出射される際、光導波部(4
I)を構成する非線形光学材料の屈折率が変化すると出
射される光の位相も変化する。非線形光学材料の屈折率
は印加電圧により変化するので、電極(43)間の印加
電圧を変化させることにより、出射光の位相変調を行な
うことができる。
Further, it is possible to use a conventionally used device as a light modulation element. As an example, FIG. 4 shows a schematic diagram of a horizontally operated optical waveguide type optical modulation element as a phase modulation element, and shows a substrate (42
) is provided with an optical waveguide (41) made of a nonlinear optical material, and two electrodes (43) are provided at opposing positions along the length direction via the optical waveguide (41). An electric field is formed by applying a voltage between the electrodes (43). In the above device, the optical waveguide (
41) Light incident from one end in the length direction passes through the optical waveguide (
When the light passes through the optical waveguide (41) and is emitted from the other end surface, the optical waveguide (41) is emitted from the other end surface.
When the refractive index of the nonlinear optical material constituting I) changes, the phase of the emitted light also changes. Since the refractive index of the nonlinear optical material changes depending on the applied voltage, the phase of the emitted light can be modulated by changing the applied voltage between the electrodes (43).

上記第1図から第4図に示される光波長変換素子におい
て、コア(I)および光導波部(21)(31)(41
)の形成は、例えば、非線形光学材料を、それぞれ等方
性媒質からなるキャピラリー中、等方性媒質からなる導
波路基板上、または等方性媒質からなる導波路基板間で
、加熱溶融後、ゆっくりと冷却させて結晶を析出させる
方法、基板上に真空蒸着法、高周波スパッタリング法等
によって結晶を析出させる方法などにより行われ、また
、適当な有機溶媒に非線形光学材料を溶解させた溶液か
ら、上記キャピラリー中、基板上または基板間に結晶を
析出させる方法によってもよい。さらに、場合によって
は、キャピラリー中、基板上または基板間で非線形光学
材料との接触界面となるべき部分を配向処理剤で処理し
た後、非線形光学材料の結晶を析出、成長させ光波長変
換素子などを形成してもよい。配向処理剤としては、無
機塩および有機塩(例えば、臭化ヘキサデシルトリメチ
ルアンモニウムなど)、適当な高分子(例えば、ポリア
ミドなど)からなる薄膜、金属錯体、金属薄膜(例えば
、斜め蒸着した金薄膜など)等が例示される。
In the optical wavelength conversion element shown in FIGS. 1 to 4 above, the core (I) and the optical waveguide (21) (31) (41
) is formed by, for example, heating and melting a nonlinear optical material in a capillary made of an isotropic medium, on a waveguide substrate made of an isotropic medium, or between waveguide substrates made of an isotropic medium. This can be done by slow cooling to precipitate crystals, or by depositing crystals on a substrate by vacuum evaporation, high frequency sputtering, etc. Alternatively, from a solution in which a nonlinear optical material is dissolved in an appropriate organic solvent, A method may also be used in which crystals are deposited in the capillary, on the substrate, or between the substrates. Furthermore, in some cases, after treating the part of the capillary, on the substrate, or between the substrates that will be the contact interface with the nonlinear optical material with an alignment treatment agent, crystals of the nonlinear optical material are precipitated and grown to form optical wavelength conversion elements, etc. may be formed. Examples of alignment agents include inorganic salts and organic salts (e.g., hexadecyltrimethylammonium bromide), thin films made of suitable polymers (e.g., polyamide), metal complexes, metal thin films (e.g., obliquely deposited gold thin films), etc. etc.) etc. are exemplified.

なお、本発明の非線形光学素子は上記例に限定されるも
のではなく、振幅変調することができる縦型動作の先導
波路型等の光変調素子として利用することができる。こ
の場合、非線形光学材料の結晶自体に直接電圧を印加す
る形態とすることもできる。なお、上記非線形光学素子
を光変調素子として用いる場合は、非線形光学材料の結
晶の対称性、結晶軸の方向等により、位相変調を効率よ
く行なうための電界印加方向が異なるので、それらに基
づき電極の構成を適宜変更するのがよい。
It should be noted that the nonlinear optical element of the present invention is not limited to the above example, and can be used as an optical modulation element such as a vertical waveguide type optical modulator capable of amplitude modulation. In this case, it is also possible to apply a voltage directly to the crystal of the nonlinear optical material itself. Note that when using the above nonlinear optical element as a light modulation element, the electric field application direction for efficient phase modulation differs depending on the crystal symmetry of the nonlinear optical material, the direction of the crystal axis, etc. It is recommended to change the configuration of the .

〈実施例〉 以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する
<Examples> The present invention will be described in more detail below based on Examples.

実施例1 フェニルヒドラジン51.0g (0,47モル)とベ
ンジルアセトフェノン98g (0,47モル)とを酢
酸150C1月こ溶解した。そして、その溶液を90〜
100℃に保ちつつ、3時間攪拌したのち、放冷し、−
昼夜放置した。析出した固体を濾別し、蒸溜水500 
ylで洗浄し、風乾させ、粗結晶を得た。該粗結晶を酢
酸エチル400 xlに溶解し、活性炭5gを加えて6
0℃で2時間加熱し、熱濾過して活性炭を取り除いた後
、酢酸エチルより再結晶させ、白色の結晶を得た。
Example 1 51.0 g (0.47 mol) of phenylhydrazine and 98 g (0.47 mol) of benzylacetophenone were dissolved in 150 C of acetic acid for one month. Then, add the solution to 90~
After stirring for 3 hours while maintaining the temperature at 100°C, the mixture was allowed to cool and -
I left it there day and night. The precipitated solid was separated by filtration and distilled water
Crude crystals were obtained by washing with yl and air drying. The crude crystals were dissolved in 400 xl of ethyl acetate, and 5 g of activated carbon was added thereto.
The mixture was heated at 0° C. for 2 hours, filtered hot to remove activated carbon, and then recrystallized from ethyl acetate to obtain white crystals.

融点、質量分析およびNMRにより、上記結晶が1.3
.5−)ジフェニルピラゾリンであることを確認した。
According to the melting point, mass spectrometry and NMR, the crystal has a melting point of 1.3
.. 5-) It was confirmed that it was diphenylpyrazoline.

融点= 139〜140℃ 実施例2 4−フルオロフェニルヒドラジン塩酸塩19.5g (
0,12モル)、ベンザルアセトフェノン25.0g 
(0,12モル)および酢酸ナトリウム9.85g (
0,12モル)を酢酸400 xiに加え、90〜10
0℃に保ちつつ、12時間攪拌した後放冷した。析出し
た固体を濾別し、酢酸エチル400 xlで洗浄し、濾
過した。得られた固体を再度、酢酸エチルに溶解させ、
活性炭5gを加えて60℃で2時間加熱し、熱濾過して
活性炭を取り除いた後、酢酸エチルを留去して結晶を得
た。得られた結晶を酢酸エチルおよびアセトニトリルを
用いて、各−回づつ再結晶を行い、白色結晶を得た。
Melting point = 139-140°C Example 2 19.5 g of 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride (
0.12 mol), benzalacetophenone 25.0 g
(0.12 mol) and 9.85 g of sodium acetate (
0.12 mol) to 400 xi of acetic acid, 90-10
The mixture was stirred for 12 hours while being maintained at 0°C, and then allowed to cool. The precipitated solid was separated by filtration, washed with 400 xl of ethyl acetate, and filtered. The obtained solid was dissolved in ethyl acetate again,
After adding 5 g of activated carbon and heating at 60° C. for 2 hours and removing the activated carbon by hot filtration, ethyl acetate was distilled off to obtain crystals. The obtained crystals were recrystallized each time using ethyl acetate and acetonitrile to obtain white crystals.

融点、質量分析およびNMRにより、上記結晶が1−(
4−−フルオロフェニル)3,5−ジフェニルピラゾリ
ンであることを確認した。
The melting point, mass spectrometry and NMR revealed that the above crystal had a 1-(
It was confirmed that it was 4-fluorophenyl)3,5-diphenylpyrazoline.

融点: 131〜132℃ 実施例3 4−フルオロフェニルヒドラジン塩酸塩に代えて、3−
フルオロフェニルヒドラジン塩酸塩を用いたほかは、実
施例2と同様にして、白色結晶を得た。
Melting point: 131-132°C Example 3 In place of 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride, 3-
White crystals were obtained in the same manner as in Example 2, except that fluorophenylhydrazine hydrochloride was used.

融点、質量分析およびNMRにより、上記結晶が1−(
3−−フルオロフェニル)3.5−ジフェニルピラゾリ
ンであることを確認した。
The melting point, mass spectrometry and NMR revealed that the above crystal had a 1-(
It was confirmed that the product was 3-fluorophenyl)3,5-diphenylpyrazoline.

融点= 135〜136℃ 実施例4 4−フルオロフェニルヒドラジン塩酸塩に代えてミ4−
メトキシフェニルヒドラジン塩酸塩を用いたほかは、実
施例2と同様にして、黄白色結晶を得た。
Melting point = 135-136°C Example 4 Mi-4- in place of 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride
Yellow-white crystals were obtained in the same manner as in Example 2, except that methoxyphenylhydrazine hydrochloride was used.

融点、質量分析およびNMRにより、上記結晶が1−(
4=−メトキシフェニル)3.5−ジフェニルピラゾリ
ンであることを確認した。
The melting point, mass spectrometry and NMR revealed that the above crystal had a 1-(
It was confirmed that it was 4=-methoxyphenyl)3,5-diphenylpyrazoline.

融点: 142〜143℃ 試験 実施例1〜4で得られた結晶のそれぞれに、波長1.0
64//ffiのNd : YAGレーザーを照射した
ところ、全ての結晶において第2高調波である波長0.
532μlの緑色光の発生が観測された。
Melting point: 142 to 143°C Each of the crystals obtained in Test Examples 1 to 4 had a wavelength of 1.0
When irradiated with Nd:YAG laser of 64//ffi, all crystals had a wavelength of 0.64//ffi, which is the second harmonic.
Generation of 532 μl of green light was observed.

この結果、実施例1〜4で得られた化合物は、2次の非
線形光学効果を示すことがわかる。
The results show that the compounds obtained in Examples 1 to 4 exhibit a second-order nonlinear optical effect.

〈発明の効果〉 以上のように本発明の非線形光学材料によれば、前記一
般式(I)で表される化合物は、2次超分極率βが大き
く、光吸収波長領域が短波長であり、その結晶が反転対
称心を有さないので、少なくともこの化合物を含有する
本発明の非線形光学材料は、顕著な非線形光学効果を示
し、またその結晶が反転対称心を有さないので、特に2
次の非線形光学材料として好適なものである。
<Effects of the Invention> As described above, according to the nonlinear optical material of the present invention, the compound represented by the general formula (I) has a large secondary hyperpolarizability β and a light absorption wavelength range of short wavelengths. , since its crystal does not have an inversion symmetry center, the nonlinear optical material of the present invention containing at least this compound exhibits a significant nonlinear optical effect, and since its crystal does not have an inversion symmetry center, it has a particularly 2
It is suitable as the next nonlinear optical material.

また、本発明の非線形光学素子によれば、先導技部に上
記非線形光学材料を用いているため、2次の非線形光学
効果を示し、光強度の弱いレーザ光でも高強度の第2高
調波を分離でき、また少ない電圧変化でも電気光学効果
を発現することができるという特有の効果を奏する。
Further, according to the nonlinear optical element of the present invention, since the above-mentioned nonlinear optical material is used in the leading technique, it exhibits a second-order nonlinear optical effect, and even a laser beam with a low optical intensity can generate a high-intensity second harmonic. It has the unique effect of being able to be separated and exhibiting an electro-optic effect even with a small voltage change.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の非線形光学素子の一実施例としての
光波長変換素子の概略図、 第2図および第3図は、それぞれ光波長変換素子として
の非線形光学素子の他の例を示す概略図、第4図は、位
相変調素子としての非線形光学素子の一例を示す概略図
である。 (I)・・・・・・コア、(2J・・・・・・クラッド
、(21)(31)(41)・・・先導技部、(22)
 (32) (42)・・・基板、(33)・・・トッ
プ層、(43)・・・電極。
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical wavelength conversion element as an embodiment of the nonlinear optical element of the present invention, and FIGS. 2 and 3 each show other examples of the nonlinear optical element as an optical wavelength conversion element. The schematic diagram, FIG. 4, is a schematic diagram showing an example of a nonlinear optical element as a phase modulation element. (I)... Core, (2J... Clad, (21) (31) (41)... Leading technique section, (22)
(32) (42)...Substrate, (33)...Top layer, (43)...Electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、下記一般式( I )で表される化合物からなること
を特徴とする有機非線形光学材料。 ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) [式中、Xは水素原子または電子供与性 基を示す] 2、請求項1記載の有機非線形光学材料を 光導波部に用いることを特徴とする非線 形光学素子。
[Claims] 1. An organic nonlinear optical material comprising a compound represented by the following general formula (I). ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ (I) [In the formula, X represents a hydrogen atom or an electron-donating group] 2. Characterized by using the organic nonlinear optical material according to claim 1 in an optical waveguide. Nonlinear optical element.
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