JPH032213A - 非線形光学化合物、非線形光学媒体およびその製造方法、光波の周波数二倍装置 - Google Patents

非線形光学化合物、非線形光学媒体およびその製造方法、光波の周波数二倍装置

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JPH032213A
JPH032213A JP2115029A JP11502990A JPH032213A JP H032213 A JPH032213 A JP H032213A JP 2115029 A JP2115029 A JP 2115029A JP 11502990 A JP11502990 A JP 11502990A JP H032213 A JPH032213 A JP H032213A
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Egbert W Meijer
ヘフベルト ウィレム メエーイエル
Hoeve Wolter Ten
ウォルテル テン ホッフェ
Sjef Nijhuis
スイェフ ニエイフイス
Gerardus L J A Rikken
ヘラルダス ラディスラウス ヨハネス アンドレアス リッケン
Edsko E Havinga
エデスコ エノ ハフィンハ
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (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π共役系により結合される電子供与基および電
子受容基を有する非線形光学化合物に関するものである
本発明は、また重合体マトリックスおよび極性配列した
(polary ordered)非線形光学化合物で
π共役系により結合される電子供与基および電子受容基
を有する非線形光学化合物に関するものである。
本発明は更に非線形光学媒体の製造方法に関するもので
ある。
本発明は、また基本光波を非線形光学媒体を介して導き
二次調和波を形成する、光波の周波数二倍装置に関する
ものである。
(従来の技術) かかる化合物およびプレナー導波管の形態の装置は、欧
州特許出願第254921号に記載されており、この装
置では基本光波が11064nの波長を有するYAGレ
ーザーにより放射される。結晶性メチルニトロアニリン
(MNA)が非線形光学化合物として使用されている。
この装置により532nmの波長を有する緑色光が得ら
れる。このようにして得られた光の周波数二倍の光波は
二次調和波と称される。
他の既知の非線形光学化合物は4−ジメチルアミノ−4
′ −二トロスチルベン(DANS)である、MNAお
よびDANSはD7rA (但しDはアミノ基のような
電子供与基、Aはニトロ基のような電子受容基、πはベ
ンゼン環のようなπ共役系を示す)と称せられる。かか
る化合物によって得られる非線形光学(NLO)効果は
、電気光学スイッチの基礎となり電気光学効果(ポッケ
ルス効果)およびレーザー光の周波数二倍である。分子
レベルで、NLO効果は過分極βにより特徴づけられ;
巨視的レベル(多くの分子)でNLO効果は二次非線形
光学感受性χ(2)により特徴づけられる。非NLO化
合物はβ=0である。βの値か高い化合物だけかNLO
用に重要である。巨視的レベルで同じことがχ(2)に
あてはまる。上記DπA化合物は比較的高いβ値を有す
る。
(発明が解決しようとする課題) 上記および他の多くのNLO化合物の欠点は、これ等の
化合物が約800nmの波長を有するレーザー光の周波
数二倍にするのに不適当であることである。この理由は
これ等の化合物が二倍周波数即ち約400nmの周波数
を有する波長を著しく吸収するためである。この結果と
して、青色レーザー光の出力はない。実際には、例えば
光学記録分野において青色レーザー光に対する著しい要
求がある。
青色光は赤色光より一層はっきり集束することができる
。この理由は波長か一層短くなるにつれて焦点距離が減
少するためである。光学記録の場合に、青色光を赤色光
の代わりに用いると、情報密度か4倍増加する。また光
化学法の場合、青色レーサー光は、青色光の光化学活性
が一層大であるのて赤色レーザー光より一層興味がある
。然し上記化合物を使用して例えば800nm、 1.
06μmおよび1.3μmの波長に対する電気光学スイ
ッチに用いる際に、また約530nm以上の波長(緑色
)を有する二次調和波を発生するのに用いることができ
る。
本発明の一つの目的は周波数を倍にすることかできる最
小波長を減らすことおよびGaAs−レーザーにより放
射される如き約800nmの波長を有するレーザー光の
周波数を2倍にし、一方約400nmの波長を有する青
色レーザー光を形成するのに用いるのに適するNLO化
合物を提供することにある。
かかる化合物は800nmおよび400nmにおいて吸
収が極めて少ないことを示す。
(課題を解決するための手段) 本発明において、上記目的は、序文に記載したNLO化
合物において、電子受容基がアルキル、ヒドロキシアル
キルおよびアルキル(メタ)アクリレートから成る群か
ら選ばれた置換基を有するスルホン基であることを特徴
とするNLO化合物により達成される。かかる化合物は
次式(式中のDおよびπは前記のものと同じものを示し
、R1は上記置換基の一つを示す)で表される。
電子受容基としてかかるスルホン基を使用することは、
βの高い値を維持したまま、吸収バンドが一層短い波長
へ移動するニトロ基に対して利点を有する。更に、比較
的狭い吸収バンドが得られる。
従ってかかる化合物は少なくとも400〜800 nm
の波長範囲において透明にすることができる。他の利点
は導波管の形態の層構造体を製造することができる他の
重合体における満足な溶解度である。
置換基R+を換えることにより、かかる化合物の性質、
例えば吸収バンドの位置、双極子モーメント、βの値お
よび溶解度に影響を及ぼすことかできる。
ニトロ基はかかる置換基を持たないので、NLO化合物
の性質に影響を及ぼす可能性はない。双極子モーメント
は電界により重合体マトリックス中のNLO化合物の配
向(ポーリング(poling)と称する)に重要であ
る。配向プロセスは重合体マトリックスにおけるNLO
分子の中心に対して対称でない配列を得る必要がある。
NLO分子の得られた極性配列はχ(2)の高い値を生
ずる。ポーリング操作は、重合体マトリックスをガラス
転移温度以上の温度に加熱し、然る後、溶解したN、L
O分子を強力な電界で配向させることにより実施される
。組成物を配列させた後、組成物を常温まで冷却するこ
とにより硬化し、冷却中電界を維持する。ジー・ジエイ
・ウィリアムスによるアンゲラ・ケム(Angew、C
hem、) 96 (1984)637〜651の論文
にポーリングの記載があり、他のNLO化合物が表示さ
れている。
置換基として使用するに適するアルキル基は01〜C1
゜のアルキル基である。アルキル基の炭素原子数は絶対
的なものではないか、炭素原子か増す場合にはモル当り
のNLO効果は減する。
アルキル(メタ)アクリレートの如き反応性置換基R1
はNLO化合物をマトリックスの重合体に共有結合させ
ることを可能にする。NLO分子を重合体マトリックス
に共有結合させることにより、NLO分子の濃度をNL
O分子の重合体マトリックス溶液に対して著しく増すこ
とかできるという利点が得られる。後者の場合、大体最
大5重量%の濃度を達成することができる。アルキル(
メタ)アクリレート基を有するかかるNLO化合物は、
それ等自体で重合させてNLO側基を有する(メタ)ア
クリレート主鎖を形成することができる。
主として、重合体鎖の各単量体単位を係るN、LO分子
に共有結合させることができ、これで重合体マトリック
ス中のNLO分子の濃度が高くなる。
適当な重合体主鎖は、好ましい光学特性を有する重合体
であり、少なくとも400〜800nmの範囲の波長に
透明である種類の例えばポリ(メタ)アクリレートによ
り形成される。NLO化合物のスルホン基の置換基R1
がアルキル(メタ)アクリレート基である場合には、N
LO化合物を特定量のメチルメタクリレート単量体と共
重合させて側基として共有結合するNLO分子を有する
PMMAの重合体鎖を形成することかできる。
上述の如く、ヒドロキシ−アルキル置換基及びアルキル
(メタ)アクリレート置換基両者の炭素原子数は、絶対
的なものではない。適当な置換基は、例えばC,−C,
のヒドロキシ−アルギル置換基及び01〜Cgアルキル
(メタ)アクリレート置換基である。
本発明の好適例のNLO化合物は電子供与基が、次式 %式%(2) (式中のnは少なくともlの整数、R2は水素原子また
は(メタ)アクリレート基を示す)で表される基である
ことを特徴とする。前述の如く、(メタ)アクリレート
置換基は、NLO化合物を、例えば(メタ)アクリレー
ト単量体と共重合させるかまたはNLO化合物自体を重
合させてNLO側基を有する(メタ)アクリレート主鎖
を形成することができる(例えば nの値は絶対的なものではなく、例えば1〜6の範囲と
することができる。一般にnがこれより大きいとモル当
りのNLO効果が減する。所要に応じて、また置換基R
2はアルキル基若しくはアセチル基のような不活性置換
基とすることができる。
他の適当な電子供与基は、例えば1〜6個の炭素原子を
有するアルコキシ基である。
本゛発明の好適例のNLO化合物は、電子供与基が次式 (式中のnは少なくとも1の整数、R3は水素原子また
はアルキル基、R4は水素原子または(メタ)アクリレ
ート基を示す)で表されることを特徴とする。アルキル
基はメチル基若しくはエチル基、nは例えば1〜4であ
る。これより鎖の長いアルキル基およびnが4より大で
あってもよいが、このようになるとモル当りのNLO効
果がなくなってくる。置換基R4として(メタ)アクリ
レート基の如き活性末端基を選定することにより、NL
O化合物をマトリックスの重合体鎖に共有結合させるこ
とが可能になり、その利点はNLO分子の濃度の上記上
昇である。この場合、NLO分子は、それ自体重合させ
るか (例えば または(メタ)アクリレート単量体と共重合させること
かできる。
他の適当な電子供与基は、モノメチルアミノ基およびモ
ノエチルアミノ基の如きモノアルキルアミノ基およびジ
メチルアミノ基およびジエチルアミノ基の如きジアルキ
ルアミノ基である。
本発明の好適例のNLO化合物は、π共役系が次式 (式中のaは0,1または2、bは1または2、Aは電
子受容基、Dは電子供与基を示す)で表される構造を有
することを特徴とする。これ等のπ−共役系の代表的な
ものは、例えばフェニレン基(a=0、b=1):ビフ
エニレン基(a=0、b=2)ニスチルベン基(a=L
 b=1)およびa=2でb=1の該基である。共役の
長さを長くするとβの値が増加するが、これにより吸収
バンドが波長の長い方に移動し、更に重合体への溶解度
が減する。かかる化合物は、電子供与基および/または
電子受容基に反応性置換基を与えることによりマトリッ
クスの重合体鎖に共有結合させることができる。受容基
としてニトロ基に対しスルホン基を使用する利点は、ラ
ジカル重合の可能性である。受容基としてニトロ基およ
び(メタ)アクリレートで置換される供与基を有する化
合物の場合、鎖の長さは重合の場合短いままであるか、
受容基としてスルホン基を有する対応する化合物の場合
では、長鎖が形成される。
電子受容基および電子供与基の両者に反応性置換基を与
えることにより、かかるNLO化合物は、例えば(メタ
)アクリレート単量体と共重合することができ、NLO
化合物は例えばジ(メタ)アクリレートマトリックスの
重合体網状構造に共有結合して組み込まれる。
上記置換基におけるアルキル基は、個々に例えばアリー
ル基若しくはシクロアルキル基で随意に置換することが
できることは当業者に明らかである。電子供与基および
π共役系の長さの選定により、周波数を倍にすべき光の
吸収の最大および最小波長の位置が決定される。既知の
電子受容体に対し、スルホン基は狭い吸収バンドの利点
を有する。
本発明の他の目的は、特に周波数を倍にすることができ
る最小波長を減らすNLO媒体を提供することにあり、
他の目的は約8000mの波長を有する(レーザー)光
の周波数を倍にし一方約400nmの波長を有する青色
光を形成するのに適するNLO媒体を提供することにあ
る。本発明において、この目的は、序文に記載した媒体
において電子受容基がスルホン基であることを特徴とす
ることにより達成される。NLO媒体は周波数ωを有す
る入射基本光波を周波数2ωを有する二次調和波に転換
するのに役立つ。本発明のNLO媒体の利点は約400
nmの波長を有する光に対し透明であるので、この媒体
は、GaAsレーザーによって放射されるような、約8
00nmの波長を有する光の周波数を倍にするのに適す
る。本発明の媒体は(液体)結晶質ではなく、非晶質で
あるので、光の散乱は最小である。アルキル基またはア
ルコキシ基のようなスルホン基の置換基R1は重合体マ
トリックス中のNLO化合物の溶解度に影響を及ぼすこ
とを可能にする。NLO化合物のPMMAの如き重合体
マトリックスの溶液は、NLO化合物を融解重合体に溶
解することによるかまたは重合体を適当な溶媒に溶解し
、得られた溶液にNLO化合物を溶解することにより製
造することかできる。NLO化合物を溶解する重合体は
後者の溶液の溶媒を蒸発させることにより得られる。
NLO化合物の極性配列は、重合体マトリックスのガラ
ス転移温度以上の温度で、電界においてポーリングし、
然る後その配列は冷却により硬化させることにより得ら
れる。この方法は上記デイ−・ジエイ・ウィリアムスに
よる論文に記載されている。コロナ放電によるポーリン
グも、アール・ビイ・コミッツォリ(Comizzol
i)によりジエイ・エレクトロケム・フック(J、 E
lectrochem、 Soc、 )第134巻(1
987) 424〜429頁に記載されているように可
能である。
前記欧州特許出願第254921号においては、MNA
の結晶がNLO媒体として使用されている。
かかる有機物の結晶は、例えば低融点、高蒸気圧および
脆性の如き多数の欠点を有する。更に、これ等の結晶は
成長させるのか困難であり、薄膜または繊維の形態の導
波管に加工し難い。重合体は、重合体溶液をスピンコー
ティングまたはデイツプコーティングにより基体上に供
給し、然る後使用する溶媒を蒸発させ重合体膜を残留さ
せる簡単な方法で、例えば薄膜に加工することができる
欧州特許出願第262680号には、液晶性重合体を加
熱して等方性用とし、然る後重合体を迅速に冷却するこ
とにより製造されるNLO媒体が記載されている。この
ようにして得られた媒体は等方性であり、NLO化合物
の極性配列が欠けることにより三次非線形光学応答に対
して使用し得るだけである。二倍周波数(二次NLO効
果)はかかる媒体を用いて得られない。本発明のNLO
化合物およびNLO媒体は液晶ではない。
本発明の一例のNLO媒体はNLO化合物が重合体マト
リックスに共有結合していることを特徴とする。この利
点は、NLO分子の重合体マトリックス溶液に対して重
合体マトリックス中のNLO分子の濃度の上記の可能な
増加である。またNLO分子を重合体マトリックスに共
有結合させる場合には、重合体マトリックスをガラス転
移温度以上の温度に加熱する際電界の影響下でポーリン
グか可能であり、組成物は、組成か配列された後、冷却
により固定される。更に、共有結合されるかかるNLO
分子の場合、時間の関数としてNLO効果の減少は、N
LO分子の重合体マトリックス溶液の場合より著しく小
さい。或いはまたNLO分子の両末端、即ち電子供与側
およびスルホン基側に、(メタ)アクリレート基の如き
反応性基を供給することが可能であり、これによりNL
O分子を共有結合を介して重合体網状構造に組み込むこ
とができる。
本発明の一例のNLO媒体は、重合体マトリックスがポ
リメチルメタクリレートであることを特徴とする。PM
MAは、特に少なくとも400〜800nmの範囲の波
長に透明であるので、青色光生成レーザーに適当に使用
することができる。更にPMMAはこれを例えばクロル
ベンゼンに溶解し、次いでこれを基体上にスピンコーテ
ィングすることにより容易にフィルムに加工することが
できる。
他の適当な重合体マトリックス物質は、例えばポリスチ
レンおよびポリシロキサンである。
本発明の他の目的は、約800nmの波長を有する赤色
(レーザー)光の周波数を二倍にし、一方では約400
nmの波長を有する青色(レーサー)光を形成するのに
適当に使用することかできるNLO媒体の製造方法を提
供することにある。
本発明において、この目的は、電子受容基としてスルホ
ン基をPMMA中に有するNLO化合物の固溶体を、こ
の固溶体のガラス転移温度以上の温度に加熱し、然る後
固溶体を直流電界の影響下でポールし、固溶体をガラス
転移温度以下の温度に冷却する。重合体のポーリングは
デイ−・ジェイ・ウィリアムスによる前記論文に記載さ
れている。或いはまた一層高い電界の強さを可能にする
上記コロチ放電および達成されるN’LO化合物の一層
良好な配列を使用することができる。上記方法は、また
有機物結晶を使用することの上記欠点を出し抜く。
本発明の一例のNLO媒体製造方法は、置換基として(
メタ)アクリレート基を有するスルホン基を具えたNL
O化合物を、(メタ)アクリレート単量体を用いるかま
たは用いることな(重合させ、然る後得られた重合体を
直流電界の影響下ガラス転移温度以上の温度でポールし
、然る後ガラス転移温度以下の温度に冷却することを特
徴とする。この方法により、NLO化合物か重合体マト
リックスの鎖に共有結合されているNLO媒体か得られ
る。かかる媒体は特に上記の利点、即ちNLO化合物の
比較的高い濃度の可能性を有する、かかる反応NLO化
合物と(メタ)アクリレート単量体の共重合体はホモポ
リマーより好ましい。
この理由はホモポリマーは容易に晶出し、不利な光散乱
を起こすからである。反応NLO化合物と(メタ)アク
リレート単量体の混合比により、共有結合NLO化合物
が0−100モル%のNLO媒体を得ることができる。
本発明は、また基本光波かNLO媒体を通過して二次調
和波を形成し且つNLO媒体として前記媒体を使用する
ことを特徴とする光波の周波数二倍装置に関するもので
ある。上述の如く、本発明のNLO媒体と組み合わせた
かかる装置を使用することは、約800nmの波長を有
する赤色(レーザー)光を約400nmの波長を有する
青色(レーザー)光に転換することを可能にする。この
ことは、例えば対応するニトロ化合物およびシアノ化合
物と対照的に、前記NLOスルホン化合物が赤色および
青色光両者を僅かしか吸収しないことに貢献する。
本発明の上記化合物および媒体は、光の周波数二倍装置
に使用される以外に、ポッケルス効果に基づく電気光学
スイッチに使用するのに適することは勿論である。
(実施例) 本発明を次の実施例により説明する。
実施例1 ■型(下記に示す)の共重合体の合成を、電子受容体と
してのスルホン基を基礎とするNLO重合体の一例とし
て示す。
XおよびYの率は随意に選択することかでき、0〜lの
間を、x+y=1の関係で変化する。かかる共重合体の
製造を次に示す。
乙 \二/ 物質■の製造 100gのナトリウム−P−トルエンスルフィネート(
0,56モル) 、120gのn−ヘキシルプロミド(
0,73モル)、6gのNafおよび300−のメタノ
ールを20時間還流した。冷却した後、300mffの
水を添加し、生成物を2 X 250m1のトルエンで
抽出した。有機相を250艷の水で洗浄し、その後乾燥
、蒸発を行った。残留物を“クーゲルローア(Kuge
lrohr) ”装置中で加熱して(100°C,1ミ
リバール)、n−へキシルプロミドを除去した。99.
1gの物質I (0,413モル)を得た。
n−へキシルプロミドの代わりにヒドロキシ−アルキル
プロミドをトルエンスルフィネートと反応させることに
より、アルキルスルホン基ではなく対応するヒドロキシ
−アルキルスルホン基を形成し、これからアルキル(メ
タ)アクリレート−スルホン基を調整した。
b、物質■の製造 99gの物質Iを93gのNBS (N−ブロモスクシ
ンイミド)と100 m(!のC(J!4 と−緒に、
少量の過酸化ジベンゾイルを時々添加しながら11時間
還流した。CHCA’3を冷却した反応混合物に添加し
、その後混合物を水で2度洗浄した。CHCf3を乾燥
し、蒸発を行った後、組物質■が残った。
C0物質■の製造 組物質■を、若干のトリエチルホスフィツトと一緒に1
10°Cで加熱した。更にトリエチルホスフィツト(全
体で45gの量、0.27モル)を温度105〜115
°Cで10分の間に添加した。次いで、混合物を同じ温
度で30分間加熱した。冷却した後、かかる粗反応混合
物の一部(約70%)を、溶離剤としてクロロホルム、
トルエンおよびトルエン/ヘキサンを用いてAIJ3ク
ロマトグラフィーカラムに分配した。溶出により、少量
の出発生成物■、45gの物質■および所望のホスホネ
ートI[Iのl:lの混合物、そして15gの純ホスホ
ネート■か続いて現れた。
d、物質■の製造 (ウィツテイヒ反応)45gの上記
で得られた中間生成留分を18gのアルデヒド■(下記
に示す)および150 mlのDMF(ジメチルホルム
アミド)と混合した。溶液を冷水浴により冷却し、その
後2gのNaH分散体(dispersion)を添加
した。20分間攪拌した後、1.8gのNaH分散体を
再び添加した(全体で48.1 ミリモル量)。3時間
攪拌した後、2507ILlの水と若干のエタノールを
添加した。生成物Vを濾過により得て、水およびエタノ
ールの混合物で洗浄した。乾燥した後、粗生成物をトル
エンより再結晶し、それにより17.3gの無色の生成
物(39ミリモル)を形成した。 ’H−NMR−分光
分析(CDCf 、)により次の結果を得た;  0.
7〜2.0 (m、 19 H) 、 2.8〜3.2
  (m、 3f() 、 3.6  (t、 2H)
 、 4.0  (t、2H) 。
6.7〜7.9 (m、  l0H)であった。
e、物質■の製造 100gのp−ヒドロキシベンズアルデヒド(0,82
モル’) 、16gのNal、 30(brat’のエ
タノール(96%)および54gのKO)I/80m1
の水を、透明な溶液か得られるまで加熱した。次いで1
12gの6−クロロl−ヘキサノール(0,82モル)
を添加し、その後、該混合物を24時間還流した。冷却
後、水を添加し、生成物■をCHCz、で二度抽出した
。水で洗浄し、乾燥、蒸発を行、った後、粗アルデヒド
■を形成した。該生成物はそれ自体、上記反応に用いら
れる。
’H−NMR−分光分析(CDC1s)により次の結果
を得た; δ1,2〜2.0(m、 8H)、 3.0(s、 I
H)、 3.4〜3.8(m。
2H)、 4.0(t、 2H)、 6.8〜7.9(
dd、 J =8.4H)、 9.8(s、 1)()
f、物質■の製造 288gのN、N−ジメチルアニリンを乾燥CH□C1
xに含まれる8、 26gの物質V (0,019モル
)の混合物に添加した。0°Cに冷却した後、25m1
の乾燥CH□CI!2に含まれる2、4gのメタクリロ
イルクロリドを滴下した。反応混合物を室温で3日間攪
拌した後、500m1の氷水を添加した。生成物■をC
H2Cj72で抽出し、有機層を連続水(3x)  :
  O,lN H2S04(3X)水(3x)で洗浄し
、次いでMgSO4上で乾燥させて蒸発させ、7.4g
の組物質■を得た。Ct(2Cz 。
を用いてAl2O3(活性II/III)上てカラムク
ロマトグラフィー展開し、2.75gの純固体白色物質
■を得た。’H−NMR−分光分析(CDC1,)によ
り次の結果を得た: δ0.9 (t、 3H)、 1.05〜1.95(m
、 16H)、 1.95(q。
3H)、 3.05(t、 2H)、 4.0(t、 
2H)、 4.15(t、 2H)。
5.5.(m、 IH)、 6.1(m、 IH)、 
6.7〜7.8(m、 l0H)生成物■および■は有
効なNLO化合物で、例えば重合体マトリックス中に溶
解することができる。生成物■は更に、NLO重合体内
に(共)重合することもできる。
g、ポリマー■の製造 (x=0.y=1)500mg
の生成物■と、1OrILlの乾燥トルエンに溶解した
15mgの過酸化ベンゾイルの溶液を凍結融解法により
ガス抜きした。ガス抜きした溶液を95°Cて3日間攪
拌し、その後メタノールを添加して反応混合物を冷却し
た。該溶液から重合体■が沈澱し、濾別し、次いでメタ
ノールで入念に洗浄した。
245mgの純重合体■を得た。融点は80°Cであっ
た。
重量平均分子fit(MW)をPMMA標準(s ta
ndard)に関してゲル濾過クロマトグラフィーによ
り測定し、これは1.5 XIO’であった。NMR分
光分析(’H(CD(J’、))により次の結果を得た
δ0.9 (t、 3H)、 1.05〜2.1(m、
 21H)、 3.05(t。
2H)、 3.9(m、 4H)、 6.6〜7.8(
m、 l0H)X≠0でy≠1である共重合体■を、反
応混合物にメチルメタクリレートを更に添加することに
よる類似の方法で製造した。
実施例2 型XXIIの重合体の合成を電子受容体としてのスルホ
ン基、電子供与体としてのアミノ基および広いπ−共役
系を基礎とするNLO重合体の一例として表わし、その
製造方法を次に示す。
吸収が最大となる波長は410nm (λ1.8)で、
測定できる吸収が残られない波長(λ。。、−0+1)
は500nmであった。電子受容体としてニトロ基若し
くはシアノ基を含む対応する従来のNLOポリマーと対
照して、11064nから532nmまでのレーザー光
二倍周波数は当該NLO重合体により容易に達すること
ができた。
a、物質XIの製造 310gのナトリウム−p−トルエンスルフィネート(
1,74モル) 、310gのn−ブチルプロミド(2
,26モル)、8gのNalおよび550 mlのエタ
ノールを18時間還流した。冷却した後、水を添加して
該生成物をトルエンで2度抽出した。水で洗浄し、乾燥
、蒸発を行った後、334g(1,575モル)の組物
質XIを形成し、次の工程にこれを使用した。
b、物質X[Vの製造 上記粗スルホンXI、300 mlのCC14および3
00gのNBS (1,685モル)を旦時間還流し、
時々少量の過酸化ジベンゾイルを添加した。かかる操作
を完了した際、50%の生成物Xllか存在した( ’
H−NMRにより確定された)。冷却した後、若干のト
ルエンを添加し、その後該混合物を水で二度洗浄し、次
いで乾燥、蒸留を行った。30gのトリエチルホスフィ
ツトを残留物に添加し、その後該混合物を110〜12
0°Cて加熱した。次いで120gのトリエチルホスフ
ィツト(全体で0.90モル量)を温度110〜120
°Cで分配して添加し、その後該混合物を30分間11
5〜125°Cて加熱した。
かかる方法において、粗生成物XIIIを得た。
冷却した後、110gのp−1ルアルデヒド(0,92
モル)および300 mlのDMFを添加した。該混合
物を氷水により冷却し、その後30gのNaH分散体(
油中に55〜6096.0.69モル)を5gに分配し
て1時間で添加した。温度20°C以下で1時間攪拌し
た後、水をゆっくり添加し、次いてエタノールを添加し
て沈澱物を形成した。前記沈澱物を濾別し、エタノール
て洗浄した。55gのスチルベンXIV(0,175モ
ル)を形成した。 ’H−NMR分光分析(CDCj7
3)により次の結果を得た。
δ0,7〜2.0(m、 7t()、 2.3(s、 
3H)、 3.1(t、 2H)。
7、Q 〜7.9(m、  l0H)。
C2物質XXの製造 55gのスチルベンX I V (0,175モル)、
100m1のCCβ4.50mjのテトラクロロエタン
および53gのNBS(0,30モル)の混合物を、3
時間還流して、次いで少量の過酸化ジベンゾイルを添加
した。NMR分光分析によりCH,信号(signal
)が多量に消失していることか示された。冷却した後、
残留物を、クロロホルムで希釈し、次いで水で2回洗浄
した。乾燥、蒸発を行った後、ジエチルエーテルを残留
物に添加して、その後沈澱生成物を濾過することにより
単離した。かかる方法により、39、8gの所望のプロ
ミドXV (0,101モル)を得た。NMR分光分析
により次の結果を得た。
60.7〜1,9(m、 7H)、 3.1(t、 2
H)、 4.5(s、 2H)。
7.1〜7.9(m、 l0H)。
前記プロミドXVを、50m1のトルエンおよび25m
eのトリエチルホスフェートと一緒に、約110°Cで
30分間加熱した。次いで、該混合物の蒸発を行い、そ
の後エーテルを残留物に添加した。固体物質を濾過する
ことにより、総計37gのホスホネートXV I (0
,082モル)を得た。前記ホスホネートXVI、13
0 mlのDMFおよび27゜5gのアルデヒドXVI
II(下記参照)の混合物を水浴で冷却した。NaH分
散体(4,6g 0.105モル)を2つの等量分に分
配して30分の間隔て添加した。かかる方法により、生
成物XIXを形成した。6時間攪拌した後、150 m
lのメタノール中に20gのKOHが溶解した溶液を添
加して、該混合物を1晩静置した。
沈澱物を濾別し、メタノールで洗浄し、次いで真空中1
00°Cで乾燥した。粗生成物を、約150 mlのキ
シレンおよび約100 mlのDMFの混合物から再結
晶した。かかる方法において、20.7gのオレンジ色
の生成物XXを得た。更に6.4gの純生成物XXを濾
液から得た。全体の収量は27.1g(53,9ミリモ
ル)であった。 ’H−NMR(CDCA’、 −DM
SO−d6)により次の結果か得られた。
60.7〜1.0(t、 3H)、 1.1〜1.9(
m、 8H)、 2.8〜3、5(m)および2.9(
s)(IOH)、 6.1〜7.5(m、  168)
d、物質XVIIIの製造 250gのN−メチルアニリン(2,34モル)と30
0gの4−クロロブチルアセテート(1,99モル)の
混合物を100〜105°Cで18時間加熱した。冷却
した後、トルエンと水を該混合物に添加した。次いで、
Nat(CO3をゆっくり添加して層を分離させ、有機
層を水で洗浄した。次いて該混合物を乾燥し、蒸発を行
った。残留物をクーゲルローア(kuge 1rohr
)装置中、120°C(15ミリバール)で加熱して、
未反応出発物質を除去した。残留物XVIIを100m
1のDMF中に溶解させ、かかる溶液を100−のPO
CI!iおよび250 mlのDMFの混合物に1時間
で添加した。反応混合物の温度は約80°Cに上昇した
。70〜85°Cて2時間加熱した後、混合物を水/ク
ロロホルム混合物上に注いだ。水に380gのNaOH
か溶解した溶液を分配して、激しく攪拌しながら添加し
、該混合物をかかる工程中て冷却した。層を分離させ水
層をクロロホルムにより抽出して有機層を水で洗浄し、
その後乾燥、蒸発を行った。
クーゲルローア装置により200°C(0,5ミリバー
ル)て蒸留した後、224g(0,90モル)のアルデ
ヒドXVIIIを得た。
H−NMR分光分析(CDCI、 )により次の結果を
得た; 61.4〜1.7(m、 4H)、 1.9(s、 3
H)、 3.0(s、 3H)。
3.1〜3.6(m、 2H)、 3.8〜4.1(t
、 2H)、 6.4〜7.6(dd、 J 〜8.4
8)、 9.5(s、 IH)。
e 物質XXIの製造 10m1の乾燥CHzCf2に溶解した1、08g (
12ミリモル)のアクリロイルクロリドを、4.6g(
10ミリモル)の物質XX、1.52g(12ミリモル
)のN、N−ジメチルアニリンおよび500 mlの乾
燥Cl2Cjl’2の冷却溶液に滴下した。反応混合物
を、室温で5日間、窒素雰囲気下撹拌し、その後300
m1の水を添加した。生成物をCH2Cl!、て抽出し
、有機層を水(3X) ; 09IN H2S04(3
X) ; 2%のNaHCO。
(3X)および水(3X)で洗浄し、その後MgSO4
上で乾燥して室温で蒸発を行った。収量は2.21gで
あった。融点は275°Cて、’ H−N M R分光
分析(CDC13)により次の結果を得た δ0,95(t、  3)()、  0.9〜1.85
(m、  8t()、  2.95(s、  3H)。
3.05(t、  2H)、  3.4 (t、  3
)i)、  4.2(t、  2H)、  5.6〜6
.7(m、  3H)、  6.7〜8.0(m、  
16H)。
得られた生成物XXおよびXXIは有効なNLO化合物
であり、例えばポリマーマトリックス中に溶解させるこ
とができる。生成物XXIを更に重合化してNLO重合
体を形成することもできる。
f1重合体XXIIの製造 500mgのアクリレートXXIを15−の温乾燥トル
エンに溶解゛した。冷却した後、15mgの過酸化ジベ
ンゾイルを添加し、反応混合物を凍結融解法(free
ze−thaw method)によりガス抜きした。
重合を95°Cで3日間行った。冷却した後、メタノー
ルを添加し、重合体を濾過することにより収集した。
メタノールで完全に洗浄した後、真空中で乾燥させ、3
20mgの重合体XXIIを得た。
実施例3 得られたNLO化合物の過分極βをEFISH(ele
ctric−field−induced 5econ
d−harmonicgenerat 1on)法によ
り測定した。前記方法は上記したデイ−・ジエー・ウィ
リアムス(D、J。
Williams)による文献に記載されている。β−
測定は、1.9μmの波長のNd:YAGレーザーによ
り実施され、NLO化合物を例えばジオキサンに溶解し
て行なった。二次非線形光学感受性χ(2)を測定する
のに、同様の測定装置を用いたか、測定操作は波長1.
064 μmのレーザー(Nd : YAGレーザ−)
で実施した。石英結晶を測定の基準物として用いた。重
合体のχ(2)を測定するのに、前記重合体CHCf3
に溶解し、その後膣溶液を、ITO(酸化インジウム−
スズ)電極を備える石英基板上にスピンコードした。膜
層の厚さは約1μmであった。膜層を上記コロナ−ポー
リング法によりボールした。χ(2)の測定をポーリン
グプロセス中に行なった。PMMAに溶解したNLO化
合物のχ(2)の測定を同様の方法により実施した。分
子の双極子モーメントμ0を、ジオキサン中にNLO化
合物が溶解した溶液の比誘電率を測定することによる標
準方法で測定した。関連文献中においては、βの値はe
su単位で表わされており、l esu =4.188
8X 10”m’/ Vである。χ(2)の値はp m
 / Vで表わされ、l p m/ V =2.387
X 10−”esuである。
測定結果を下記に示す。
A、ホモポリ?−VI I (x =0. 7=I>ホ
モポリマー■(x=o、y=1)に関しては、χ(2)
の値は6.6pm/vであった。吸収が最大となる波長
(λmax )は335 nmであった。それ以上では
測定できる吸収が全く観られない波長(λcut−of
f)は410 nmであった。650 nmでの屈折率
は1.585で480 nmでの屈折率は1.620で
あった。
従って、得られた重合体は赤色レーザー光の周波数を2
倍にするのに適しており、形成された青色光の波長は約
400 nmであった。
DANSは4−ジメチルアミノ−4′−二トロスチルベ
ン上記NLO化合物であり、比較例として参照するもの
である。化合物XX及びVを本発明の化合物として用い
た。これらの化合物のNLO効果は、DANSのそれよ
りも少ないが、DANSは赤色(レーザー)光の周波数
を二倍にするには適さず、これはD A N Sのλm
axとλcut−offは各々424 nmおよび58
0 nmだからである。逆に化合物Vのλmax’およ
びλcut−offは各々335 nmおよび405 
nmであった。
DANSを再び比較例として用いた。かかる化合物は、
Bに記載した本発明の化合物Vよりも高いβ値を有する
がDANSは赤色レーザー光の周波数を二倍にするには
適さない。810 nmの波長での化合物Vに関するβ
の値はかなり高< 45x 1O−30esuであった
実施例4 第1図には赤色レーザー光の周波数を二倍にする装置1
の概略を示す。10はGaAsレーザー光源を表示し、
これより波長820 nmのレーザー光ビーム12が発
生する。レーザー光12は本発明のNLO媒体14に入
射し、該媒体中において、波長410 nm(青色)の
二次調和光波が発生する。NLO媒体から放出され°る
ビーム18には、波長820 nmの光と波長410 
nmの光の双方が含まれた。フィルター16は低域フィ
ルター(low−pass filter)であり、赤
色光を遮断するので、ビーム20には青色光のみが含ま
れる。
実施例5 第2図には光波の周波数を二倍にする装置の一例の断面
が示されている。ガラス基板30にストリップ型ITO
電極32を設け、これらの全てを接地した。上記電極は
約10μmの幅でその間隔も約10μmであった。厚み
1μmのPMMAの緩衝層34を、クロロベンゼン中に
PMMAが溶解した10重量%の溶液をスピンコーティ
ングすることによりITO電極およびガラス基板に施し
た。厚み2μmの層36を、クロロベンゼン中にNLO
重合体■(x=o、5 ; y=0.5)が溶解した5
重量%溶液をスピンコーティングすることにより上記P
MMMA層に施した。同様の方法により厚みIAtmの
PMMAの第二緩衝層38を上記NLO層に施した。ス
ピンコーティング溶液による既に施した重合層の溶解を
回避するために、上記重合層に例えばポリシロキサンの
薄いバリヤ層を設けることも可能である。
カップリングイン(cupling−in)プリズム4
0およびカップリングアウト(cupling−out
)プリズム42をNLO層3層上6上けた。使用される
優れたNLO重合体は別として、装置の上記構造はニー
・バックレイ(A、 Buckley)らによるナトー
・アドバンスト・リサーチ・ワークショップ(Nato
  AdvancedResearch Worksh
op)、“有機重合体における非線形光学効果(Non
−1inear optical  effects 
inorganic polymers)’、ソフイア
 アンティポリス(Sophia Antipolis
)、フランス国、1988年6月発行の文献に開示され
ている。ストリップ型ITO電極32により、NLO重
合層36を、パターンに従ってポールし、ポールされた
領域44を形成した。
NLO層36の領域44中の分子を、約127°Cに組
成物を加熱して次いでコロナ放電にさらすことによりポ
ールした。NLO分子の配列を冷却する間に固定化し、
その間コロナ放電は保持されたままであった。前記操作
を完了した後、ポールされた領域44と、ポールされて
いない領域46をNLO層3層中6中成した。かかるパ
ターン化されたポーリングはNLO層が“位相整合(p
hase  matching)”要求に適合するのに
必要とされるもので、上記ニー・バラフレーらの文献に
説明されている。GaAsレーザー(図示せず)から放
出される波長820 nmのレーザー光ビーム12は、
カップリングインプリズム40を介してNLO層3層中
6中る。青色光はポールされた第1領域44で発生し、
該領域をビームは通過して、次のポールされてない領域
46においては、第二調和発生を伴わない゛″位相整合
”か行われた。かかる工程を何度も繰り返して、その後
ビームは、カップリングアウトプリズム42を介して出
る。出てきたビーム18には波長410 nmの青色光
が含まれた。
実施皿亙 化合物XXXl1はβ値が1907nmでIOX 10
−”esu 、 11064nで35XlO” esu
 、 810 nmで105×1O−3oesuであっ
た。λ11.とλC111−0,1は各々340 nm
と410 nmであった。化合物XXXIIの合成を下
記に示す。
a、物質XXIIIの製造 100 gの4−ニトロビフェニル(0,5モル)、1
300 mi!の酢酸および130gの鉄の混合物を2
0時間還流した。冷却した後、混合物を濾過し、31の
氷/水に注いだ。生成物を2X500  ml!のCH
CA。
で抽出した。有機層を250  m!!の水で二度洗浄
し、その後乾燥、蒸発を行なった。得られた固体生成物
を96%エタノールから再結晶した。89gの物質XX
III(,85%)が得られた。
b、物質XXIVの製造 56.25 gの物質XXIIIを15On+47のD
MSOに溶解させて、これに20gの粉末状KOHを添
加した。混合物を水中で冷却した。20分間に亘り、5
0m7のCH,[をゆっ(り添加して、温度を30°C
以下に保った。該混合物を室温で5時間攪拌し、次いで
水に注いだ。残留物を濾過し、水で洗浄した。
96%のエタノールと水の1:lの混合物から再結晶し
た後、46 gの物質XXIVの結晶を単離した(収率
82%)。
C9物質XXVの製造 100 gのクロロスルホン酸を、200 mlのCH
2CA’2に23gの物質XXIV(0,1モル)が溶
解した溶液にゆっくり添加して、混合物を氷/水中で冷
却した。混合物を室温で2時間攪拌し、次いで氷に注い
だ。生成物を2X150n+A’のCHfJ’3で抽出
した。CHtJ’3層を水(t50mIりで2度洗浄し
、乾燥した。蒸発を行なった後、16.8gの化合物X
Xvを緩慢な凝固油として得た。
d、物質xxvrの製造 16.8g)粉状物質XXV (0,052モル)を、
500m1の水に25 g (DNazSOaが溶解し
た溶液に添加した。水にNaOHが溶解した50%溶液
を添加して、pHを7以上に維持した。混合物を室温で
20時間攪拌し、次いで硫酸で酸性化した。残留物を濾
過し、水にNa 2CO,が溶解した溶液で中和した。
該溶液をCH(J’3で抽出した。水層を蒸発させて、
12.4gの固体物質XXV I (0,041モル)
を得た。
e、物質XXXの製造 90nl7のメタノールと10mfの水に4gの物質X
XVIが溶解した溶液に、5 mlのCI4.1を添加
した。8時間還流した後、150mjl’の水を添加し
た。濁り液をCHCj’3て抽出し、次いて乾燥、蒸発
を行なった。2.3gの固体物質XXXを得た。
f、物質XXX Iの製造 2.0gの物質XXXを50 mlの濃HCI と25
nlの水と一緒に、48時間還流した。冷却して得られ
た残留物を濾過し、水に溶解したNaOHとトルエンを
用いて攪拌した。反応混合物を濾過することにより、粗
生成物XXX Iを得た。
g、物質XXX I Iの製造 粗生成物XXX 1を、2 mlのC)1.1を含む2
5+nj?のアセトン中で、24時間還流した。混合物
を蒸発により濃縮した後、CH(J’3にNaOHが溶
解した10%溶液を用いて攪拌した。CH(472層を
分離し2て乾燥した。蒸発を行なった後、エタノールか
ら再結晶して、生成物XXX I Iを得た。
実施例7 化合物XXIXはβ値が1907nmで11 X 1O
−30esu 、 11064nで39XlO−” e
su 、 810 nmで110 X10−” esu
てあった。λ1.8とλcu+−allは各々342 
nmと405 nmてあった。μ0の値は6.0Dであ
った。化合物XXIXの合成を下記に示す。
a、物質XXVII(7)製造 12.4gの物質XX I V (0,041モル、上
記工程d参照)を、100  ml!のエタノールと5
0mj7の水の混合物に1gのNalおよび7.3gの
6−クロロへキサノール−1(0,054モル)を含ん
だものを用いて還流した。18時間還流した後、混合物
を蒸発により濃縮し、水に注いだ。得られた懸濁液を2
X100mlのCHCj173で抽出し、次いで乾燥お
よび蒸発を行なった。10.2gの物質XXVII(0
,027モル、65%)を得た。
b、物質XXVIII(7)製造 10.2gの物質XXVI Iを200 mlの濃塩酸
と、200  mlの水で48時間沸騰させた。冷却し
た後、残留物を濾過し、15gのNaOHが150 m
lの水に溶解した溶液と250  mnのトルエンを用
いて攪拌した。反応混合物を濾過して、粗生成物XXV
 I I Iを得た。
C1物質XXIXの製造 組物質XXV I I Iを、5 m!!のCH31を
含む100mj7のアセトン中で、24時間還流した。
反応混合物を蒸発により濃縮し、水およびCH31にN
aOHか溶解した10%溶液を用いて攪拌した。1時間
後CI(Cx、を分離し、乾燥、次いで蒸発を行なった
粗生成物を、エタノールおよびクロロホルムの混合物か
ら再結晶し、6.2gの物質XXIXの結晶を得た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の装置の工程図、 第2図は本発明の装置の断面図を示す。 l・・・周波数二倍装置 0・・・GaAsレーザー光源 2・・・レーザー光ビーム 4・・・NLO媒体 6・・・フィルター 8.20・・・ビーム 30・・・ガラス基板 32・・・ITO電極 34、38・・・緩衝層 36・・・層 40・・・カップリングインプリズム 42・・・カップリングアウトプリズム44・・・ボー
ルされた領域 46・・・ボールされてない領域 FIG、 2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、π共役系により結合する電子供与基と電子受容基を
    有する非線形光学化合物において、電子受容基がアルキ
    ル,ヒドロキシアルキルおよびアルキル(メタ)アクリ
    レートから成る群から選ばれた置換基を有するスルホン
    基であることを特徴とする非線形光学化合物。 2、電子供与基が次式 −O−(CH_2)_m−O−R_2・・・(2)(式
    中のnは少なくとも1の整数、R_2は水素原子または
    (メタ)アクリレート基を示す)で表される基であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の非線形光学化合物。 3、電子供与基が次式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(3) (式中のnは少なくとも1の整数、R_3は水素原子ま
    たはアルキル基、R_4は水素原子または(メタ)アク
    リレート基を示す)で表されるアミノ基であることを特
    徴とする請求項1記載の非線形光学化合物。 4、π共役系が次式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(4) (式中のaは0,1または2、bは1または2、Aは電
    子受容基、Dは電子供与基を示す)で表される構造を有
    することを特徴とする請求項1,2または3記載の非線
    形光学化合物。 5、重合体マトリックスおよび極性配列した非線形光学
    化合物を有し、非線形光学化合物かπ共役系により結合
    される電子供与基と電子受容基を有する非線形光学媒体
    において、電子受容基がスルホン基であることを特徴と
    する非線形光学媒体。 6、非線形光学化合物が請求項1,2,3または4記載
    の化合物であることを特徴とする請求項5記載の非線形
    光学媒体。 7、非線形光学化合物が共有方式で重合体マトリックス
    に共有結合していることを特徴とする請求項5または6
    記載の非線形光学媒体。 8、重合体マトリックスがポリ(メタ)アクリレートで
    あることを特徴とする請求項5,6または7記載の非線
    形光学媒体。 9、非線形光学媒体を製造するに当り、ポリメチルメタ
    クリレート中の電子受容基としてスルホン基を有する非
    線形光学化合物の固溶体を、固溶体のガラス転移温度以
    上の温度に加熱し、然る後直流電界の影響下でポールし
    、固溶体をガラス転移温度以下の温度に冷却することを
    特徴とする非線形光学媒体の製造方法。 10、置換基として(メタ)アクリレート基を有するス
    ルホン基を具えた非線形光学化合物を(メタ)アクリレ
    ート単量体と一緒にまたは単独に重合し、然る後生成し
    た重合体を直流電界の影響下ガラス転移温度以上の温度
    でポールし、次いでガラス転移温度以下の温度に冷却す
    ることを特徴とする請求項7記載の非線形光学媒体の製
    造方法。 11、基本光波を、非線形光学媒体を通して二次調和波
    を形成する光波の周波数二倍装置において、非線形光学
    媒体が請求項5,6,7または8記載の媒体であること
    を特徴とする光波の周波数二倍装置。
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