JPH0339727A - Nonlinear optical material - Google Patents
Nonlinear optical materialInfo
- Publication number
- JPH0339727A JPH0339727A JP17528089A JP17528089A JPH0339727A JP H0339727 A JPH0339727 A JP H0339727A JP 17528089 A JP17528089 A JP 17528089A JP 17528089 A JP17528089 A JP 17528089A JP H0339727 A JPH0339727 A JP H0339727A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nonlinear optical
- methanediamine
- optical material
- bis
- ethoxycarbonylphenyl
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、超分子分極率βが大で、反転対称中心のない
結晶を形成することができる有機非線形光学材料に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an organic nonlinear optical material that has a large supramolecular polarizability β and can form a crystal without a center of inversion symmetry.
非線形光学効果とは、非常に強い光が物体を透過すると
き、光の電場によって物質が分極し、この誘起分極によ
る光高調波の発生や、入射した光自身が変化する現象を
いう。A nonlinear optical effect is a phenomenon in which when extremely strong light passes through an object, the material is polarized by the electric field of the light, and this induced polarization generates optical harmonics and changes the incident light itself.
この現象は、レーザーの発明以前から知られていたもの
であるが、多くはレーザー光の出現によって注目される
ようになった。特に最近、光機能素子への応用が注目さ
れている光高調波発生、光パラメトリツク発振・増幅、
光位相共役、光双安定などの現象解明はレーザーの発明
に負うところが大きい、これらの非線形光学効果は、赤
外光の可視光、紫外光への変換、光増幅、光スィッチ、
光変調、光信号などの無歪伝送などへの応用が可能であ
る。したがって、非線形光学効果素子は、今後ますます
需要が増す光情報処理、光通信の分野で鍵を握る機能材
料として位置づけされている。This phenomenon was known before the invention of lasers, but it came into focus with the advent of laser light. In particular, optical harmonic generation, optical parametric oscillation and amplification, which have recently attracted attention for application to optical functional devices,
The discovery of phenomena such as optical phase conjugation and optical bistability owes much to the invention of lasers.
Applications include optical modulation and distortion-free transmission of optical signals. Therefore, nonlinear optical effect elements are positioned as functional materials that hold the key to the fields of optical information processing and optical communication, which will continue to be in increasing demand.
従来、非線形光学効果を示す物質として、例えば、リン
酸2水素カリウム(KDP) 、ニオブ酸リチウム(L
iNbO3)、β−ホウ酸バリウム(BBO)などが研
究され、一部は素子材料として実用化されている、しか
し、非線形光学効果を示す物質は無機誘電体化合物に限
られるものではなく、有機化合物の中にも見いだされて
いる。しかも有機化合物の非線形光学作用は、分子内に
非局在化しているπ電子の移動によって生じるため、原
子核に強く束縛され格子振動に制約がある無機誘電体の
σ電子に比べて、誘起分極は朧かに速く大きい、実際、
2−メチル−4−ニトロアニリン(MNA)は、ニオブ
酸リチウムの2000倍以上の性能指数を示す(B、F
、LI!−VINE et al 、 J、App
ly、Phys、、Vol、50,2523(1979
〉〕。Conventionally, substances that exhibit nonlinear optical effects include, for example, potassium dihydrogen phosphate (KDP) and lithium niobate (L
iNbO3), β-barium borate (BBO), etc. have been studied, and some have been put into practical use as element materials.However, substances that exhibit nonlinear optical effects are not limited to inorganic dielectric compounds, but also organic compounds. It is also found in Moreover, the nonlinear optical action of organic compounds is caused by the movement of π electrons that are delocalized within the molecule, so compared to the σ electrons of inorganic dielectrics, which are strongly bound to the nucleus and have restrictions on lattice vibration, the induced polarization is It's vaguely fast and big, actually.
2-Methyl-4-nitroaniline (MNA) exhibits a figure of merit more than 2000 times that of lithium niobate (B, F
, LI! -VINE et al, J, App
ly, Phys, Vol. 50, 2523 (1979
〉〕.
このようなことから、非線形光学効果の中でも光機能素
子としての応用が最も早く期待されている二次の非線形
光学効果、特に光第二高調発生(SHG)の実用化研究
が有機化合物を対象に精力的に進められており、例えば
、MNA (特開昭55−500960号公報)、ニト
ロピリジン−1−オキシド誘導体く特開昭56−928
70号公報、同56−94333号公報〉等の物質が非
線形光学材料として既に提案されている。For this reason, practical research on second-order nonlinear optical effects, especially optical second harmonic generation (SHG), which is expected to be the earliest to be applied as optical functional elements among nonlinear optical effects, has focused on organic compounds. For example, MNA (Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-500960), nitropyridine-1-oxide derivatives, JP-A No. 56-928
Materials such as those disclosed in Japanese Patent No. 70 and Japanese Patent No. 56-94333 have already been proposed as nonlinear optical materials.
〔発明が解決しようとする課題〕
有機化合物において、二次の非線形光学効果を高めるに
は分子の双極子モーメントを大きくすればよく、そのた
めには分子内に電子供与性基と電子吸引性基を導入する
ことが有効であることは良く知られている。[Problem to be solved by the invention] In order to enhance the second-order nonlinear optical effect in organic compounds, it is sufficient to increase the dipole moment of the molecule. It is well known that it is effective to introduce
しかし、この点には重要な未解決の課題が残されている
。即ち、反転対称中心のない結晶でなければならないこ
とである。ところが分子内に大きな双極子モーメントを
持つ有機化合物は、結晶化する場合に互いの双極子モー
メントを打ち消し合うように配置する結果、分子として
は大きな二次の超分子分極率βをもちながら結晶あるい
は分子集合体としては反転対称中心があるため二次の非
線形光学効果を示さないことがある。実際にこのような
有機化合物は非常に多い。However, important unresolved issues remain in this regard. In other words, it must be a crystal without a center of inversion symmetry. However, when organic compounds that have a large dipole moment in their molecules are arranged so that their dipole moments cancel each other out when they crystallize, the molecules have a large second-order supramolecular polarizability β but are crystallized or As a molecular assembly, it may not exhibit second-order nonlinear optical effects because it has a center of inversion symmetry. In fact, there are a large number of such organic compounds.
従って、二次の非線形光学効果を主眼とする有機非線形
光学材料を開発するに当たっては、分子として大きな超
分子分極率βを持ち、反転対称中心のない良質な結晶が
容易に得られるような化合物を合成することが重要な課
題である。Therefore, when developing an organic nonlinear optical material that focuses on second-order nonlinear optical effects, it is necessary to develop a compound that has a large supramolecular polarizability β as a molecule and from which high-quality crystals with no center of inversion symmetry can be easily obtained. Synthesis is an important issue.
4−ニトロアニリンは最も単純な電子供与性基と電子吸
引性基を持つ芳香族化合物であり、有機化合物の中では
大きな超分子分極率βを有する化合物の一つであるが、
その結晶は互いの双極子モーメントを打ち消し合うよう
に分子が配列するため反転対称中心を有し、二次の非線
形光学効果を示さない。4-Nitroaniline is an aromatic compound with the simplest electron-donating group and electron-withdrawing group, and is one of the compounds with a large supramolecular polarizability β among organic compounds.
The crystal has a center of inversion symmetry because the molecules are arranged so that their dipole moments cancel each other out, and it does not exhibit second-order nonlinear optical effects.
また、ニトロ基とアミノ基による分子内電荷移動のため
、近視外から可視域に大きな電子遷移吸収が存在する。Furthermore, due to intramolecular charge transfer due to nitro groups and amino groups, large electronic transition absorption exists in the visible range from outside myopia.
このため4−ニトロアニリンは著しく着色している。For this reason, 4-nitroaniline is significantly colored.
本発明者らは、この4−ニトロアニリンのようなベンゼ
ン環のバラ位に電子吸引性基と電子供与性基を配する芳
香族化合物の対称性と透明性の改質について鋭意検討し
た結果、ある種の安息香酸誘導体は結晶や分子集合体を
形成した際に反転対称中心を持たない事と近視外から可
視域に於ける透明性を著しく改良しうる事を確認して本
発明の開発に至ったものである。The present inventors have conducted intensive studies on improving the symmetry and transparency of aromatic compounds such as 4-nitroaniline, which have an electron-withdrawing group and an electron-donating group at the rose position of the benzene ring. We developed the present invention after confirming that certain benzoic acid derivatives do not have a center of inversion symmetry when they form crystals or molecular aggregates, and that they can significantly improve transparency in the visible range beyond myopia. This is what we have come to.
本発明の目的は、分子内電荷移動構造を有する安息香酸
から誘導された大きな超分子分極率βを有し、反転対称
中心のない結晶形成が可能な非線形光学材料を、さらに
使用波長域を拡大するためにカットオフ波長を短波長化
した非線形光学材料を提供するところにある。The purpose of the present invention is to develop a nonlinear optical material derived from benzoic acid with an intramolecular charge transfer structure, which has a large supramolecular polarizability β, and which is capable of forming crystals without an inversion symmetry center, and to further expand the usable wavelength range. The objective is to provide a nonlinear optical material with a shortened cutoff wavelength in order to achieve this goal.
上記の目的を達成するための本発明による非線形光学材
料は、下記の化学式で表されるN、N’−ビス−(エト
キシカルボニルフェニル〉−メタンジアミンからなるこ
とを構成上の特徴とする。The nonlinear optical material according to the present invention for achieving the above object is characterized in that it consists of N,N'-bis-(ethoxycarbonylphenyl>-methanediamine) represented by the following chemical formula.
上記化学式のN、N’−ビス−(エトキシカルボニルフ
ェニル)−メタンジアミンは、例えばアミノ安息香酸エ
チルを、反応溶媒、及び反応溶液のPHとを選択した上
で、ホルムアルデヒドと反応させることによって得るこ
とができる。N,N'-bis-(ethoxycarbonylphenyl)-methanediamine of the above chemical formula can be obtained, for example, by reacting ethyl aminobenzoate with formaldehyde after selecting the reaction solvent and the pH of the reaction solution. I can do it.
これは溶解度の大きなメタノール、エタノール、メチル
エチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロ
フラン、ジメチルホルムアミドなどを溶媒としてホルム
アルデヒドと反応させる。This involves reacting with formaldehyde using a highly soluble solvent such as methanol, ethanol, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, tetrahydrofuran, or dimethyl formamide.
得られたHl「−ビス−(エトキシカルボニルフェニル
)−メタンシア泉ンは、粉末状態でNd n YAGレ
ーザ(λ−1064m5+)を照射すると、著しく強い
緑色の第二高調波を発生する。更に単結晶状態では、広
範囲に及んで位相整合可能であり、粉末を邊かに越える
強度の第二高調波を発生する。When the obtained Hl-bis-(ethoxycarbonylphenyl)-methanesyanin is irradiated with a Nd n YAG laser (λ-1064m5+) in a powder state, it generates a significantly strong green second harmonic. In this state, phase matching is possible over a wide range and generates second harmonics with an intensity that slightly exceeds that of powder.
一般に、結晶中の基本波と高調波の伝搬定数は一致しな
いため結晶状態での高調波発生は難しい。Generally, the propagation constants of the fundamental wave and harmonics in a crystal do not match, so it is difficult to generate harmonics in the crystal state.
これが一致することを位相整合といい、この位相整合が
とれないと高調波の発生を観測することはできない。This matching is called phase matching, and unless this phase matching is achieved, it is not possible to observe the generation of harmonics.
また、粉末状態では白色、単結晶状態で無色透明であり
、カットオフ波長は大幅に単波長シフトしている。In addition, it is white in the powder state and colorless and transparent in the single crystal state, and the cutoff wavelength is significantly shifted to a single wavelength.
基本波が1〜1.2nの赤外光の場合、C−Hの伸縮振
動の倍音吸収と重なって基本波が吸収され、熱振動に転
化することがある。従って、基本波の強度が強いときは
結晶の温度が上がり位相整合条件が変わったり、出射光
の角度が変わってしまう。When the fundamental wave is infrared light of 1 to 1.2n, the fundamental wave may be absorbed overlapping with the overtone absorption of the C-H stretching vibration and converted into thermal vibration. Therefore, when the intensity of the fundamental wave is strong, the temperature of the crystal rises and the phase matching conditions change or the angle of the emitted light changes.
本発明において特に倍音吸収が大きいアルキル基の水素
を重水素で置換すると、吸収の領域が長波長側にずれて
この現象を有効に防止することができる。In the present invention, when the hydrogen of an alkyl group with particularly large overtone absorption is replaced with deuterium, the absorption region shifts to the longer wavelength side, and this phenomenon can be effectively prevented.
本発明によれば、大きな双極子モーメントのため反転対
称中心の結晶を形成する傾向の強いアミノ安息香酸エチ
ルをメチレン結合で結ぶことによって対称性を低下させ
、広波長域において二次の非線形光学効果に対して活性
な材質に転化した新規物性の非線形光学材料が提供され
る。According to the present invention, by connecting ethyl aminobenzoate, which has a strong tendency to form crystals with a center of inversion symmetry due to its large dipole moment, with a methylene bond, the symmetry is reduced and a second-order nonlinear optical effect is produced in a wide wavelength range. Provided is a nonlinear optical material with novel physical properties that has been converted into a material that is active against.
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.
実施例 1
4−アミノ安息香酸エチル7.63g(50msol)
をメタノールloo*Iに溶解し、この溶液中に、ホル
ムアルデヒド(37χ)水溶液10gをメタノール20
−1で希釈して加え、室温で3時間攪拌反応させた0反
応終了後、濃縮析出した反応物を炉別し、メタノール2
0m1にて3回洗浄後、減圧下50℃で乾燥してN。Example 1 Ethyl 4-aminobenzoate 7.63g (50msol)
was dissolved in methanol loo*I, and in this solution, 10 g of formaldehyde (37χ) aqueous solution was dissolved in methanol 20
After the completion of the 0 reaction, the concentrated and precipitated reactant was separated from the furnace, and methanol 2
After washing three times at 0ml, dry at 50°C under reduced pressure with N.
N’−ビス−(4−エトキシカルボニルフェニル)−メ
タンジアミンを得た。N'-bis-(4-ethoxycarbonylphenyl)-methanediamine was obtained.
このN、N’−ビス−〈4−エトキシカルボニルフェニ
ル〉−メタンジアミンのカットオフ波長を測定したとこ
ろ330開であった。The cutoff wavelength of this N,N'-bis-<4-ethoxycarbonylphenyl>-methanediamine was measured and was found to be 330 mm.
また、これにQスイッチ付きNd:YAGレーザ(λ”
101064nによる10nsecのパルスを照射し
たところS H0強度は尿素の30倍(粉末法)であっ
た。Additionally, a Q-switched Nd:YAG laser (λ”
When irradiated with a 10 nsec pulse using 101064n, the S H0 intensity was 30 times that of urea (powder method).
実施例 2
実施例1において、ホルムアルデヒドに代えて重ホルム
アルデヒドを、メタノールに代えて塩メタノールを使用
して重水素置換N、 N’−ビス−(メトキシカルボニ
ルフェニル)−エタンジアミンを合成した。Example 2 In Example 1, deuterium-substituted N,N'-bis-(methoxycarbonylphenyl)-ethanediamine was synthesized using deuterated formaldehyde instead of formaldehyde and salt methanol instead of methanol.
実施例 3
N、N’−ビス−(4−エトキシカルボニルフェニル〉
−メタンジアミン2gをテトラヒドロフラン飽和溶液と
し、温度を25°C一定に保ち溶媒蒸発法にて2日間結
晶成長させ、1m1m20snの棒状結晶を得た。Example 3 N,N'-bis-(4-ethoxycarbonylphenyl)
- 2 g of methanediamine was made into a saturated solution of tetrahydrofuran, and the temperature was kept constant at 25° C., and crystal growth was performed for 2 days by the solvent evaporation method to obtain rod-shaped crystals of 1 ml, 1 m, and 20 sn.
この結晶に、Qスイッチ付きNd:YAGレーザ(λ”
’ 101064riによる1onsecのパルスを照
射したところ位相整合可能であり、粉末状態でのSHG
強度をはるかに凌ぐ強度でSHOが透過光で得られた。This crystal has a Q-switched Nd:YAG laser (λ”
' When irradiated with a 1onsec pulse using 101064ri, phase matching was possible, and SHG in the powder state
SHO was obtained in transmitted light with an intensity far exceeding the intensity.
以上のとおり、N、 N’−ビス−(エトキシカルボニ
ルフェニル)−メタンジアミンからなる本発明の非線形
光学材料は、尿素に比べ30倍と高いSHG効率を示し
、結晶状態では位相整合可能であった。As described above, the nonlinear optical material of the present invention made of N,N'-bis-(ethoxycarbonylphenyl)-methanediamine exhibited SHG efficiency 30 times higher than that of urea, and phase matching was possible in the crystalline state. .
さらに、MNAをはじめとする既存の大きな非線形光学
効果を有する非線形物質では、一般に、カットオフ波長
が長波長域(MNA:48Onm)にまで及び、非線形
光学材料、特に波長変換材料としての使用域を狭めてい
るが、本発明によるN、 N’−ビス(エトキシカルボ
ニルフェニル)−メタンジアミンは、カットオフ波長が
33On−であり広波長域での使用が可能となる。Furthermore, in existing nonlinear materials such as MNA that have large nonlinear optical effects, the cutoff wavelength generally extends to the long wavelength range (MNA: 48 Onm), which limits the range of use as nonlinear optical materials, especially wavelength conversion materials. However, N,N'-bis(ethoxycarbonylphenyl)-methanediamine according to the present invention has a cutoff wavelength of 33 On-, and can be used in a wide wavelength range.
従って、波長変換素子、光制御素子などの非線形光学効
果及び電気光学効果を利用した各種の光a能素子材料と
して様々な用途が広波長域において期待することができ
る。Therefore, various uses can be expected in a wide wavelength range as materials for various optical aperture elements that utilize nonlinear optical effects and electro-optic effects, such as wavelength conversion elements and light control elements.
Claims (1)
シカルボニルフェニル)−メタンジアミンからなること
を特徴とする非線形光学材料。 ▲数式、化学式、表等があります▼[Claims] 1. A nonlinear optical material comprising N,N'-bis-(ethoxycarbonylphenyl)-methanediamine represented by the following chemical formula. ▲Contains mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17528089A JPH0339727A (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Nonlinear optical material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17528089A JPH0339727A (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Nonlinear optical material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0339727A true JPH0339727A (en) | 1991-02-20 |
Family
ID=15993368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17528089A Pending JPH0339727A (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Nonlinear optical material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0339727A (en) |
-
1989
- 1989-07-06 JP JP17528089A patent/JPH0339727A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0339727A (en) | Nonlinear optical material | |
| EP0355326B1 (en) | Nonlinear optical material | |
| JPH0469624A (en) | Nonlinear optical material | |
| JPH03112961A (en) | Squarylium derivative and production thereof | |
| JPH02285329A (en) | Nonlinear optical material | |
| JPH0470821A (en) | Nonlinear optical material | |
| JPH05127205A (en) | Molecular crystal | |
| JPH0395147A (en) | molecular crystal | |
| JPH03179329A (en) | Nonlinear optical material and nonlinear optical element | |
| JP2685380B2 (en) | Organic nonlinear optical material | |
| JPH06345713A (en) | Molecular crystal | |
| JPH0432822A (en) | Nonlinear optical material containing aromatic ring | |
| JPH02149826A (en) | Nonlinear optical material | |
| JP2533660B2 (en) | Organic nonlinear optical material | |
| JPH02149825A (en) | Nonlinear optical material | |
| JPH06160924A (en) | Molecular crystal | |
| JPH0498224A (en) | Nonlinear optical material | |
| JPH06345712A (en) | Molecular crystal | |
| JPH05224256A (en) | Nonlinear optical material | |
| JPH03287138A (en) | Organic nonlinear optical material | |
| JPH05224258A (en) | Nonlinear optical material | |
| JPH05273619A (en) | Nonlinear optical material | |
| JPH03287136A (en) | Organic nonlinear optical material | |
| JPH03230127A (en) | Aromatic nonlinear optical material | |
| JPH05113587A (en) | NONLINEAR OPTICAL MATERIAL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND LIGHT WAVELENGTH CONVERSION ELEMENT |