JPH03255427A - 有機非線形光学材料 - 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、光コンピューターや光通信等広範な分野で光
制御素子等として用いられる有機非線形光学材料に関す
る。

更に詳しくは、カットオフ波長が短波長領域にあり、且
つ、ＳＨＧ　（第２高周波発生）活性が大きく、結晶性
の良好な２−シアノ−３−（２，３＝ジメトキシフエニ
ル）−２−プロペン酸メチルからなる有機非線形光学材
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交換、増幅、発
信、スイッチング等の現象を生じ、第２高調波発生（Ｓ
ＨＧ）　、第３高調波発生（ＴＨＧ）、高速度シャッタ
ー、光メモリ−、光演算素子等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、電場によって屈折率が変化する特
質を生かした光スィッチ等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
，ＰＯ，（ＫＤＰ）　、ＮＨ，ＰＯ，、あるいは非水溶
性のＬ　１Ｎｂｏｓ　、ＫＮｂＣ）＋　、等の無機系の
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′−ニトロスチルベン（ＤＡＮＳ）等の有機非線形光
学材料の開発が進められている。

ポリジアセチレンやポリ弗化ビニリデン等の高分子有機
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等への応用が検討されてい
る。

有機非線形光学材料は、非線形性の起源が分子内π電子
であるため、光応答に対して格子振動を伴わず、従って
、無機材料に比べて応答が速く、又、非線形光学定数が
大きいものや吸収領域が変化できるもの等を台底するこ
とが可能である。しかも、材料素子化の方法も、単結晶
によるだけではなく、ＬＢ膜、蒸着力、液晶化、高分子
化等の各種の方法が考えられる。

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）　、Ｎ。

ｎ１ｉｎｅａｒ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓ　ｏｆ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｍｏ１ｅｃｕｌｅｓ　ａｎ
ｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　Ｖｏｌ、　　Ｉ　　及びＶｏｌ
、　　ＩＩ　　Ｄ、Ｓ。

ＣＨＥＭＬＡ、　Ｊ、ＺＹＳＳ　　編（ＡＣＡＤＥＭＩ
ＣＰＲＥＳＳ、　１９８７年刊）等の文献に最近の研究
状況がまとめられている。

（発明が解決しようとする課題） 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、波長
変換の基本技術として位置付けられており、効率よ＜Ｓ
ＨＧを起こすために有機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、ＳＨ
Ｇ活性を示すためには結晶が対称中心を持たないこと、
即ち、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。

従来、公知の非線形光学無機材料は、一般に結晶性がよ
く、大きな結晶が得易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は、一般に非線形光学定数の
大きいものがあることが知られているが、室温で安定且
つ大きな有機結晶を調整することが困難である。

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ＬｉＮｂＯ３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
が得られ難いため、実用的でないという欠点がある。

又、尿素は、大きな単結晶を得易く、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
分極率が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到るため、ＳＨＧ活性を示さ
ないという問題がある。

本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を克服し
、大きな非線形光学効果を有し、室温で安定で、耐光損
傷に優れ、カットオフ波長が短波長領域にある有機非線
形光学材料を提供することにある。

本発明者等は鋭意研究した結果、スチレン化合物であっ
て、特定の置換基と構造を有する２−シアノ−３−（２
，３−ジメトキシフェニル）−２プロペン酸メチルが前
記目的に適合することを見出し、本発明を完成するに到
った。

（課題を解決するための手段） 本発明有機非線形光学材料は、下記式（１）で表される
２−シアノ−３−（２，３−ジメトキシフェニル）−２
−プロペン酸メチルからなるものである。

本発明化合物の（１）式で示される２−シアノ−３−（
２，３−ジメトキシフェニル）−２−プロペン酸メチル
は、下記式で示されるように、２゜３−ジメトキシベン
ズアルデヒドとシアノ酢酸メチルとの縮合反応により台
底することができる。

前記縮合反応は、例えば、メタノール等の有機溶剤を用
い、ピペリジン等の触媒の存在下に行われる。

本発明化合物は、粉末、単結晶、溶液等各種のｎ様で非
線形光学材料として用いることができる。

（作　用） 本発明２−シアノ−３−（２，３−ジメトキシフェニル
）−２−プロペン酸メチルは、その結晶が対称中心を持
たないため、優れた非線形光学効果を示し、微結晶粉末
のＳＨＧ効果は尿素の８倍である。更に、吸収端も４２
３月ｍと短波長にあり、透明性に優れた材料である。

又、本発明２−シアノ−３−（２，３−ジメトキシフェ
ニル）−２−プロペン酸メチルは前記式（１）から明ら
かなように、比較的大きなπ電子共役系を有し、電子供
与基としてシアノ基を有することにより、ＳＨＧ活性が
発現したものと思われる。

本発明を有機非線形光学材料として用いる化合物は、そ
の結晶が室温で安定であり、光損傷を受は難く、又、加
工が容易であるためデバイス化も容易である。

（実施例） 以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（２−シアノ−３−（２，３−ジメトキシフェニル）−
２−プロペン酸メチルの台底）２、　３４　ｇ　（１５
ｍ　ｍｏｌ）の２，３−ジメトキシベンズアルデヒドと
、３．０ｍｌのシアノ酢酸メチルに、３０ｍ１のメタノ
ールを加えて溶液にした後、ピペリジン１０滴を滴下し
た。

この溶液を５時間還流した後、−２０″Ｃに冷却し、−
夜装置し、沈澱を生成せしめた。生成した沈澱をろ過し
、エタノール洗浄して、目的とする化合物２−シアノ−
３−（２，３−ジメトキシフェニル）−２−プロペン酸
メチルを得た。

収量は１．５３ｇであった。

（性質） 次に、生成物の融点（ｍ、ｐ、）、ＩＲ，ＵＶを測定し
た結果を以下に示す。

融点（ｍ、ｐ、）：　１３１°Ｃ Ｉ　Ｒ（Ｋ　Ｂｒ）　　　　：　３１００〜２８５０　
（−Ｃｆｌｓ）、２２５０　（−ＣＮ）、 １７２０　（−Ｃｏ−０−）、 １６００　（Ａｒ−Ｃ＝Ｃ）　　［ｃ＋＋−’］ＵＶＩ
ＩＩ収（ＥｔＯ）１）　＝λｖｘａｘ　−３１０ｎｍλ
ｃｕｔ　ｏｆｆ　　−４２３ｎｍ ＮＭＲ（ＣＤＣ１３）　　＝３．９１（３Ｈ，ｓ）、３
．９２（３）１．ｓ）、３．９４　（３８，ｓ）、７．
１２（ＩＦＩ、　ｄ）、７．１７（Ｉ）ｌ、ｄ）、７．
９０１月、ｄ）、８．７　（ＬＨ，ｓ）　　［ｐｐｎ＋
］更に、得られた２−シアノ−３−（２，３−ジメトキ
シフェニル）−２−プロペン酸メチルの微粉末結晶にＮ
ｂ：ＹＡＧレーザ−（波長＝１．０６４μｍ、出力１０
ｍＪ／パルス）を照射すると、第２成鳥周波が発生Ｃ３
ＨＧ）Ｌ、入射光の１／２の波長（５３２ｎｍ）の緑色
光が測定できた。

又、ＳＨＧ効果は、尿素の８倍であった。

この化合物の結晶は、室温で安定で、結晶性に優れ、光
損傷は見られなかった。

以上の事実から、この化合物が優れた非線形光学材料で
あることが判る。

（発明の効果） 本発明によれば、室温で安定、結晶性が良好で、吸収単
が短波長領域にあり、ＳＨＧ活性が大きく、耐光損傷に
優れた有機非線形光学材料を提供することができる。

本発明の２−シアノ−３−（２，３−ジメトキシフェニ
ル）−２−プロペン酸メチルは、レーザーの波長変換素
子としての使用が可能である等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（１） ▲数式、化学式、表等があります▼（１） で表わされる２−シアノ−３−（２，３−ジメトキシフ
   ェニル）−２−プロペン酸メチルからなることを特徴と
   する有機非線形光学材料。