JPH04130423A - Molecular crystal and method and module for converting light wavelength by using the crystal - Google Patents

Molecular crystal and method and module for converting light wavelength by using the crystal

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JPH04130423A
JPH04130423A JP25319990A JP25319990A JPH04130423A JP H04130423 A JPH04130423 A JP H04130423A JP 25319990 A JP25319990 A JP 25319990A JP 25319990 A JP25319990 A JP 25319990A JP H04130423 A JPH04130423 A JP H04130423A
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Abstract

PURPOSE:To provide the molecular crystal having the molecular configuration suitable for a wavelength conversion element which has excellent transmittability of blue light and has no inversion symmetry by constituting this crystal of specific molecules. CONSTITUTION:The above-mentioned crystal is constituted of the molecules expressed by formula I. The compd. of the formula (I) is obtd. by reaction with 3, 5-dimethyl-1H-1, 2, 4-triazole and 2-chloro-5-nitropyridine. Amide, sulfur- contg. compd. and nitrile are preferable as a solvent. A base is preferably used at the time of reaction and the base to be used may be any of org. bases, such as pyridine and trieramine and inorg. bases, such as potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate and sodium hydroxide. The molecular crystal having the molecular configuration suitable for the wavelength conversion element which has the excellent transmittability of blue light and has no inversion symmetry is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は非線形光学材料として存用な分子性結晶に関す
る。また、分子性結晶を非線形光学材料として用いた光
波長の変換方法および光波長変換モジュールに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a molecular crystal useful as a nonlinear optical material. The present invention also relates to an optical wavelength conversion method and an optical wavelength conversion module using a molecular crystal as a nonlinear optical material.

(従来の技術) 近年、非線形光学材料−レーザー光のような強い光電界
を与えたときに現われる、分極と電界との間の非線形性
−を有した材料が注目を集めている。
(Prior Art) In recent years, nonlinear optical materials - materials with nonlinearity between polarization and electric field that appear when a strong optical electric field such as a laser beam is applied have attracted attention.

かかる材料は、一般に非線形光学材料として知られてお
り、例えば次のものなどに詳しく記載されている。′ノ
ンリニア・オプティカル・プロバティース・オブ・オー
ガニック アンド・ポリメリック・アテリアル”ニー・
ソー・ニス・シンポジウム・シリーズ233 デビフト
・ジェイ・ウィリアムス&i(アメリカ化学協会198
3年刊)r”Non1inear 0ptical P
roperties of Organicand P
o1y*eric Material″ASC5YFI
PO5TυM 5ERIES233  David J
、 Willia+ms W(American Ch
emicalSociety、 1983年刊)」、「
有機非線形光学材料」加藤正雄、中西へ部監修(シー・
エム・シー社、1985年刊、“ノンリニア・オプティ
カル・プロパティーズ・オプ・オーガニック・モレキュ
ールズ・アンド・クリスタルズ゛°第1巻および第2巻
、デイ−・ニス・ツユムラおよびジエイ・ジス環(アカ
デミツク・プレス社1987年刊)”Non1inea
r 0ptical Properties of O
rganicMolecules and Cryst
sis  vol  1および2 D、S。
Such materials are generally known as nonlinear optical materials and are described in detail in, for example: 'Non-linear optical properties of organic and polymeric materials'
So Niss Symposium Series 233 David J. Williams & I (American Chemical Society 198
3 years) r”Non1inear 0ptical P
properties of organic and P
o1y*eric Material"ASC5YFI
PO5TυM 5ERIES233 David J
, William + ms W (American Ch.
``Emical Society, 1983)'', ``
"Organic Nonlinear Optical Materials" supervised by Masao Kato and He Nakanishi (C.
MC Co., Ltd., 1985, “Nonlinear Optical Properties of Organic Molecules and Crystals” Volumes 1 and 2. Published by Press, 1987) “Non1inea”
r 0ptical Properties of O
rganic Molecules and Crystal
sis vol 1 and 2 D,S.

Chemla and J、 ZySs[(Acade
mic Press社刊)。
Chemla and J, ZySs [(Acade
Published by mic Press).

非線形光学材料の用途の1つに、2次の非線形効果に基
づいた第2高調波発生(SHG)および和周波、差周波
を用いた波長変換デバイスがある。
One of the applications of nonlinear optical materials is second harmonic generation (SHG) based on second-order nonlinear effects and wavelength conversion devices using sum frequency and difference frequency.

これまで実用上用いられているものは、ニオブ酸リチウ
ムに代表される無機質のペロブスカイトaである。しか
し最近になり、電子供与基および電子吸引基を有するπ
電子共役系有機化合物は前述の無機質を大きく上回る、
非線形光学材料としての諸性能を有していることが知ら
れるようになった。
What has been practically used so far is inorganic perovskite a typified by lithium niobate. However, recently, π with electron-donating and electron-withdrawing groups has been developed.
Electronically conjugated organic compounds greatly exceed the aforementioned inorganic materials.
It has become known that it has various properties as a nonlinear optical material.

より高性能の非線形光学材料の形成には、分子状態での
非線形感受率の高い化合物を、反転対称性を生じない様
に配列させる必要がある。このうちの一つである高い非
線形感受率の発現にはπ電子共役鎖の長い化合物が有用
であることが知られており、前述の文献にも種々記載さ
れているが、それらの化合物においては自明の如く吸収
極大波長が長波長化し、例えば青色光の透過率の低下を
招き、第二高調波としての青色光の発生に傷害となる。
In order to form nonlinear optical materials with higher performance, it is necessary to arrange compounds with high nonlinear susceptibility in the molecular state so as not to cause inversion symmetry. It is known that compounds with long π-electron conjugated chains are useful for expressing high nonlinear susceptibility, which is one of these, and are variously described in the above-mentioned literature, but in these compounds, As is obvious, the maximum absorption wavelength becomes longer, leading to a decrease in the transmittance of blue light, for example, which impairs the generation of blue light as the second harmonic.

ことことは、p−ニトロアニリン誘導体においても生し
ており、第二高調波発生の効率にその波長の透過率の影
響が大きいことは、アライン・アゼマ他著、プロシーデ
インゲス・オブ・エスピーアイ、400巻、二ニー・オ
プティカル・マテリアルズ(Alain Azems他
著、Proceedings of 5PIE400巻
、Now 0ptieal Materials)、 
 (1983)186頁第4図より明らかである。
This also occurs in p-nitroaniline derivatives, and the fact that the transmittance of that wavelength has a large effect on the efficiency of second harmonic generation is described in Proceedings of the National Institutes of Science by Aline Azema et al. , Volume 400, Now 0ptial Materials
(1983), p. 186, FIG. 4.

従って青色光に対する透過率の高い非線形光学材料の出
現が望まれている。従来、ニトロアニリンのヘンゼン核
の炭素原子を窒素原子などでWき換えることが検討され
て来たが必ずしも満足のいく結果は得られていない。
Therefore, the emergence of nonlinear optical materials with high transmittance for blue light is desired. Conventionally, attempts have been made to replace the carbon atoms in the Hensen nucleus of nitroaniline with nitrogen atoms, etc., but satisfactory results have not always been obtained.

また、本出願人はより優れた方法について、特開昭62
−210430号および特開昭62−210432号公
報にて開示した。
In addition, the present applicant has disclosed a better method in Japanese Patent Laid-Open No. 62
-210430 and JP-A-62-210432.

更に、特開昭62−59934号、特開昭63−231
36号、特開昭63−26638号、特公昭63−31
768号、特開昭63−163827号、特開昭63−
146025号、特開昭63−85526号、特開昭6
3−239427号、特開平1−100521号、特開
昭64−56425号、特開平1−102529号、特
開平1102530号、特開平1−237625号、特
開平1〜207724号公報などに多くの材料が開示さ
れている。
Furthermore, JP-A-62-59934, JP-A-63-231
No. 36, JP 63-26638, JP 63-31
No. 768, JP-A-63-163827, JP-A-63-
No. 146025, JP-A-63-85526, JP-A-6
3-239427, JP 1-100521, JP 64-56425, JP 1-102529, JP 1102530, JP 1-237625, JP 1-207724, etc. Materials are disclosed.

しかしながら、先に述べたように2次の非線形光学材料
として有用であるためには、分子状態での性能のみでは
不十分であり、集合状態での分子配列に反転対称性の無
いことが必須である。しかるに現状では分子配列を予想
することは極めて困難であり、また全有機化合物中での
存在確率も高いのではない。
However, as mentioned earlier, in order to be useful as a second-order nonlinear optical material, performance in the molecular state alone is insufficient, and it is essential that the molecular arrangement in the aggregate state has no inversion symmetry. be. However, currently it is extremely difficult to predict the molecular arrangement, and the probability of its existence among all organic compounds is not high.

また、波長変換のための素子として用いる場合には、結
晶中での分子の配列を十分考慮する必要があるものの、
上記のものの多くはその点の考慮が必ずしも十分にされ
ていない。更に、現在に至るまで有機非線形光学材料を
用いた波長変換素子が商品として世に出現していない。
Furthermore, when used as an element for wavelength conversion, it is necessary to take into account the arrangement of molecules in the crystal;
In many of the above, this point has not necessarily been sufficiently considered. Furthermore, to date, no wavelength conversion element using an organic nonlinear optical material has appeared on the market as a commercial product.

この理由としては、例えば下記のことが考えられる。Possible reasons for this include, for example, the following.

上記のような非線形光学材料を用いてファイバー型の光
波長変換素子を形成する場合、各材料の最大の非線形光
学定数を利用し得る方向に結晶が配向しないので、結局
その光波長変換素子の波長変換効率はさほど高くないも
のとなってしまう。
When forming a fiber-type optical wavelength conversion element using nonlinear optical materials such as those mentioned above, the crystals are not oriented in a direction that makes use of the maximum nonlinear optical constant of each material, so the wavelength of the optical wavelength conversion element ends up being The conversion efficiency will not be very high.

また光波長変換素子の波長変換効率は素子が長いほど高
くなるが、上述のような材料は均一な単結晶を得るのが
難しく、そのため長い光波長変換素子を作成するのには
不向きであるという問題もある。
In addition, the wavelength conversion efficiency of an optical wavelength conversion element increases as the element is longer, but it is difficult to obtain a uniform single crystal with the materials mentioned above, and therefore it is not suitable for creating long optical wavelength conversion elements. There are also problems.

(発明が解決しようとする課題) 従って本発明の第一の目的は、青色光透過性に優れ且つ
反転対称性のない波長変換素子に適した分子配列を有す
る分子性結晶を提供することである。第二の目的は、非
線形応答性のうち光波長の変換に関する応答性を利用し
た方法を提供することにある。第三の目的は、波長変換
効率力(高く、そして青色領域の第2高調波も容易Gこ
得ること力くできる光波長変換モジュールを提供するこ
とを目的とするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) Therefore, the first object of the present invention is to provide a molecular crystal that has excellent blue light transparency and has a molecular arrangement suitable for a wavelength conversion element without inversion symmetry. . The second objective is to provide a method that utilizes the response related to optical wavelength conversion among nonlinear responses. The third object is to provide an optical wavelength conversion module that has high wavelength conversion efficiency and can easily overcome the second harmonic in the blue region.

(課題を解決するための手段) 本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、下名己の式(1
)で表わされる分子によって構成されることを特徴とす
る分子性結晶により、本発明の目的が達成可能なことを
見出した。
(Means for Solving the Problem) As a result of extensive research, the present inventors have discovered Shimonami's formula (1
) It has been found that the object of the present invention can be achieved by a molecular crystal characterized by being composed of molecules represented by:

Hs 式(1)の化合物は一般的には下記の方法にて合成可能
である。すなわち、3.5−ジメチルIH−1,2,4
−)リアゾールと2−クロロ5−ニトロピリジンとの反
応によって得ることができる。溶媒としては、n−ヘキ
サンのような炭化水素、テトラヒドロフラン、1,2−
ジメトキシエタンのようなエーテル、N、N−ジメチル
ホルムアミド、N−メチルピロリドンのようなアミド、
ジメチルスルホキシド、スルホランのような含硫黄化合
物、アセトニトリルのようなニトリル、酢酸エチルのよ
うなエステルなどが用いられる。
Hs The compound of formula (1) can generally be synthesized by the following method. That is, 3,5-dimethyl IH-1,2,4
-) can be obtained by reaction of lyazole and 2-chloro5-nitropyridine. As a solvent, hydrocarbons such as n-hexane, tetrahydrofuran, 1,2-
ethers such as dimethoxyethane, amides such as N,N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone,
Sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide and sulfolane, nitriles such as acetonitrile, and esters such as ethyl acetate are used.

中でもアミド、含硫黄化合物、ニトリルが好ましい。反
応の際塩基を用いることが好ましく、用いる塩基として
は、ピリジン、トリエチルアミン、1 日−ジアザビシ
クロ[5,4,0)−7−ウンデセンのような有機塩基
、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウ
ムのような無機塩基のいずれでもよい。また反応温度は
一10°Cないし150’C1好ましくは20°Cない
し100°Cが望ましい。
Among these, amides, sulfur-containing compounds, and nitriles are preferred. It is preferable to use a base during the reaction, and examples of the base include organic bases such as pyridine, triethylamine, 1-day-diazabicyclo[5,4,0)-7-undecene, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, and sodium hydroxide. Any inorganic base such as The reaction temperature is preferably 10°C to 150°C, preferably 20°C to 100°C.

次に一例を示す。An example is shown below.

合成例 式(1)の化合物の合成 3.5−ジメチル−IH−1,2,4−)リアゾール4
8.5g (0,5モル)、2−クロロ5−ニトロピリ
ジン79. 3g (0’、  5モル)、炭酸カリウ
ム69.0 (0,5モル)を攪拌機および温度計を備
えた500d三ツロフラスコに秤取し、更に250 I
llのジメチルスルホキシド(DMSO)を加えた。5
0°Cで5時間攪拌を続けた後室温まで放冷し、500
絨の氷水に注いだ。析出した結晶を濾取し、水洗した。
Synthesis example Synthesis of compound of formula (1) 3.5-dimethyl-IH-1,2,4-) lyazole 4
8.5 g (0.5 mol), 2-chloro5-nitropyridine 79. 3 g (0', 5 mol), potassium carbonate 69.0 (0,5 mol) were weighed into a 500 d three-turn flask equipped with a stirrer and a thermometer, and an additional 250 I
1 liter of dimethyl sulfoxide (DMSO) was added. 5
After continuing to stir at 0°C for 5 hours, it was allowed to cool to room temperature and heated to 500°C.
Pour it into iced water. The precipitated crystals were collected by filtration and washed with water.

この結晶を活性炭による脱色操作を加えながらアセトン
にて再結晶を2回行ない、式(1)の化合物を得た。収
量48g(収率43.8%) 融点=147°C 1(−nmr(δ pp+w):2,433(3Hs)
、2.914(3Hs)8.069(IHd)  8 
617(IHdd)、9.316(IHd)次にここで
得られた粉末を単結晶化するわけであるが、単結晶化の
方法としては、溶媒茂発法、温度降下法、蒸気拡散法な
どの溶液法、ブリフジマン法などの融液法、また昇華に
よる方法が挙げられる。
The crystals were recrystallized twice from acetone while being decolorized using activated carbon to obtain a compound of formula (1). Yield 48g (yield 43.8%) Melting point = 147°C 1(-nmr(δ pp+w): 2,433(3Hs)
, 2.914 (3Hs) 8.069 (IHd) 8
617 (IHdd), 9.316 (IHd) Next, the powder obtained here is single crystallized, and methods for single crystallization include the solvent explosion method, temperature drop method, vapor diffusion method, etc. Examples include the solution method, the melt method such as the Brifugeman method, and the sublimation method.

単結晶化に際しては、結晶工学ハンドブック編集委員会
績“結晶工学ハンドブック(井守出版、1971年刊)
第4編、第8章の記載を参考にして行なうことができる
Regarding single crystallization, please refer to "Crystal Engineering Handbook (Imori Publishing, 1971)" by the Crystal Engineering Handbook Editorial Committee.
This can be done by referring to the descriptions in Part 4, Chapter 8.

波長変換の方法には、適当な大きさの単結晶を用い、角
度位相整合や温度位相整合によるもの、導波路を用いた
チェレンコフ放射による方法などがある。
Methods of wavelength conversion include methods using a single crystal of an appropriate size, methods using angular phase matching or temperature phase matching, and methods using Cerenkov radiation using a waveguide.

後者の例としては、ファイバー型の光波長変換素子と光
源装置とから構成されたものがあり、本発明の場合には
上記光波長変換素子のコアとしては式(1)で示される
非線形光学材料を単結晶状態にして用い、またこのコア
を構成する(1)の結晶配向方向を、そのa軸が略コア
の長軸方向に延びる向きに設定し、一方光源装置は、上
記す軸と直交する結晶のを軸あるいはC軸の方向に直線
偏光した基本波を光波長変換素子に入射させるように構
成したことを特徴とするものである。
An example of the latter is one composed of a fiber-type optical wavelength conversion element and a light source device, and in the case of the present invention, the core of the optical wavelength conversion element is a nonlinear optical material represented by formula (1). is used in a single crystal state, and the crystal orientation direction of (1) constituting this core is set so that its a-axis extends approximately in the long axis direction of the core, while the light source device is arranged in a direction perpendicular to the above-mentioned axis. The device is characterized in that it is configured such that a fundamental wave linearly polarized in the direction of the crystal axis or C-axis is made incident on the optical wavelength conversion element.

基本波として用いるレーザ光源としては例えば表1のも
のが挙げられる。なお、基本波の波長に関しては前述し
た材料の吸収による影響を除いては何ら制限されない、
このことは、レーザ・アンド・オブトロニクス(Las
er & 0ptronics) 59頁(1987年
11月刊)より明らかである。
Examples of the laser light source used as the fundamental wave include those in Table 1. Note that the wavelength of the fundamental wave is not limited in any way except for the effect of material absorption mentioned above.
This is true for laser and obtronics (Lasers and Obtronics).
This is clear from page 59 of ER & Optronics (published in November 1987).

(実施例) 次に本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。
(Example) Next, the present invention will be explained in more detail based on an example.
The present invention is not limited to this.

実施例1 上記の方法によって得られた式(1)の化合物をテトラ
ヒドロフランに熔解し、溶媒蒸発法によりほぼ無色透明
の柱状結晶を得た。大きさは最大のもので3■X1mm
X0,5mであった。
Example 1 The compound of formula (1) obtained by the above method was dissolved in tetrahydrofuran, and almost colorless and transparent columnar crystals were obtained by solvent evaporation. The largest size is 3 x 1 mm
It was X0.5m.

同時に得られた小さめの結晶を整形しく第1図)X線結
晶構造解析を行なった。以下にその結果を示す。
At the same time, the smaller crystals obtained were shaped and subjected to X-ray crystal structure analysis (Fig. 1). The results are shown below.

結晶学的データ 斜方晶系、空間群Pna 2+ 格子定数 a =8.054(1)人 b =18.7
90(1)入c =6.5573(1)人 v =99
2.3(11人3単位格子当りの分子数 Z=4 また結晶構造図を第2図a)、 b)、 C)に示す。
Crystallographic data Orthorhombic system, space group Pna 2+ Lattice constant a = 8.054 (1) b = 18.7
90 (1) people c = 6.5573 (1) people v = 99
2.3 (11 people 3 Number of molecules per unit cell Z = 4 The crystal structure diagrams are shown in Figure 2 a), b), and C).

上記結晶学データの空間群より、本結晶は反転対称性を
持っていないことが分かる。
From the space group of the crystallographic data above, it can be seen that this crystal does not have inversion symmetry.

溶媒として、テトラヒドロフランに替え、アセトンを用
いても同様の結晶を得ることができた。
Similar crystals could be obtained by using acetone instead of tetrahydrofuran as the solvent.

更にN、N−ジメチルホルムアミドを用い温度降下法に
より結晶を作成したところ10m10m1lX5圓の結
晶(第3図)を得ることができた。
Furthermore, when crystals were prepared by the temperature drop method using N,N-dimethylformamide, crystals measuring 10 ml, 10 ml, and 5 circles (Fig. 3) were obtained.

ここで得られた結晶は、偏光顕微鏡による消光値の確認
により単結晶であることがわかった。
The crystal obtained here was found to be a single crystal by checking the extinction value using a polarizing microscope.

また単結晶の大きさは最大辺長が少なくとも1■以上で
あることが好ましい。
Further, it is preferable that the single crystal has a maximum side length of at least 1 square inch or more.

実施例2 第二高調波発生を第3図の単結晶を用いて行なった。実
際には第4図の装置を用いた。
Example 2 Second harmonic generation was performed using the single crystal shown in FIG. Actually, the apparatus shown in FIG. 4 was used.

532n−の緑色光をビーム状に観測することができた
。このことは位相整合の可能性を示すものであり、従っ
て本発明の結晶は光波長の変換のための非線形光学材料 として有用であることがわかる。
532n- green light could be observed in the form of a beam. This indicates the possibility of phase matching, and therefore it can be seen that the crystal of the present invention is useful as a nonlinear optical material for optical wavelength conversion.

参考例1 青色光透過性を確認するために、吸収スペクトルを測定
した。結果を表2に示した。
Reference Example 1 In order to confirm blue light transmittance, an absorption spectrum was measured. The results are shown in Table 2.

表 る。table Ru.

従って本発明の化合物は青色光透過性に極めて優れてい
ることが明らかである。
Therefore, it is clear that the compound of the present invention has extremely excellent blue light transmittance.

NA PRO MDT OM 参考例2 実際にファイバー型の光波長変換素子を形成する上で、
結晶配量をどのように設定し、またそこに入射させる基
本波の偏光方向をどのような向きに設定すれば高い波長
変換効率が得られるかは、不明であった。
NA PRO MDT OM Reference Example 2 In actually forming a fiber type optical wavelength conversion element,
It was unclear how to set the crystal ration and how to set the polarization direction of the fundamental wave incident thereon to obtain high wavelength conversion efficiency.

以下に、高い波長変換効率を得るために適した非線形光
学材料の結晶配向および基本波の直線偏光方向の設定法
について説明する。
Below, a method for setting the crystal orientation of a nonlinear optical material and the linear polarization direction of the fundamental wave suitable for obtaining high wavelength conversion efficiency will be explained.

(1)の結晶は斜方晶系をなし、魚群は−+i2である
。したがって非線形光学定数のテンソルは、となる。こ
こでdfflは、第1図に示すように結晶軸a、b、c
に対して定まる光学軸X、Y、Zを考えたとき、X方向
に直線偏光した光(以下、X偏光という。Y、Zについ
ても同様。)を基本波として入射させてX偏光の第2高
調波を取り出す場合の非線形光学定数であり、同様にd
52はY偏光の基本波を入射させてX偏光の第2高調波
を取り出す場合の非線形光学定数、63tはX偏光の基
本波を入射させてX偏光の第2高調波を取り出す場合の
非線形光学定数、dzaはYとX偏光の基本波を入射さ
せてY偏光の第2高調波を取り出す場合の非線形光学定
数、dlsはXとX偏光の基本波を入射させてX偏光の
第2高調波を取り出す場合の非線形光学定数である。以
下、各非線形光学定数の大きさについて述べる。
The crystal of (1) has an orthorhombic system, and the fish school is -+i2. Therefore, the tensor of nonlinear optical constants becomes. Here, dffl is the crystal axis a, b, c as shown in Figure 1.
Considering the optical axes X, Y, and Z that are determined by It is a nonlinear optical constant when extracting harmonics, and similarly d
52 is a nonlinear optical constant when the fundamental wave of Y polarization is input and the second harmonic of X polarization is extracted, and 63t is the nonlinear optical constant when the fundamental wave of X polarization is input and the second harmonic of X polarization is extracted. The constant, dza is the nonlinear optical constant when the fundamental wave of Y and X polarization is input and the second harmonic of Y polarization is extracted, and dls is the second harmonic of X polarization when the fundamental wave of X and X polarization is input. This is the nonlinear optical constant when extracting . The magnitude of each nonlinear optical constant will be described below.

(I)の屈折率は未だ明らかになっていないので、下式 %式%) で非線形光学定数d、JKを導き出せるblJXO値を
示す。なお、Nは単位体積当りの分子数、f(ω)、f
 (2ω)はそれぞれ、基本波、第2高調波に関する局
所電場修正因子である。
Since the refractive index of (I) is not yet clear, the blJXO value from which the nonlinear optical constants d and JK can be derived is shown using the following formula. Note that N is the number of molecules per unit volume, f(ω), f
(2ω) are local electric field modification factors for the fundamental wave and the second harmonic, respectively.

なおこれらのをllにの値は、X線結晶構造解析および
表3に示したβに基づく値であり、単位は(XIO−コ
’ esu )である。
Note that these values are based on X-ray crystal structure analysis and β shown in Table 3, and the unit is (XIO-co'esu).

この表からd sz、、 d 3!s d za、di
sが大きい値をとりうろことが分かる。そこで第5図に
示すように、(1)からなるコア11をクラッド12内
に充てんさせるファイバー型の光波長変換素子10を形
成するに当り、(1)の結晶をそのa軸(光学軸ではX
軸)がコア軸方向に伸びるように配向させた上で(これ
は以下に記す方法で実現可能である)、この光波長変換
素子10に結晶のC軸(光学軸ではZ軸)あるいはb軸
(光学軸ではY軸)の方向に直線偏光した基本波を入射
させれば、上記の大きな非線形光学定数dt4、aZZ
、dlsを利用できることになる。
From this table, d sz,, d 3! s d za, di
It can be seen that s takes on a large value. Therefore, as shown in FIG. 5, when forming a fiber-type optical wavelength conversion element 10 in which a core 11 made of (1) is filled in a cladding 12, the crystal of (1) is X
The optical wavelength conversion element 10 is oriented so that the crystal's C-axis (optical axis is Z-axis) or b-axis (this can be achieved by the method described below). If a linearly polarized fundamental wave is incident in the direction (Y axis in the optical axis), the large nonlinear optical constants dt4, aZZ
, dls can be used.

実施例3 第6図は本発明の第3実施例による光波長変換モジュー
ルを示している。この光波長変換モジュールは、ファイ
バー型の光波長変換素子10と、この光波長変換素子1
0に基本波を人力させる光源装置20とから構成されて
いる。
Embodiment 3 FIG. 6 shows an optical wavelength conversion module according to a third embodiment of the present invention. This optical wavelength conversion module includes a fiber type optical wavelength conversion element 10, and this optical wavelength conversion element 1.
It is composed of a light source device 20 that manually generates a fundamental wave.

ここで、上記光波長変換素子10の作成方法について説
明する。
Here, a method for manufacturing the optical wavelength conversion element 10 will be explained.

まずクラッドとなる空中のガラスファイバーが用意され
る。このガラスファイバーは一例として5FS3ガラス
フアイバーからなり外径が100μm程度で中空部の径
が6μmのものである。
First, an airborne glass fiber that will serve as the cladding is prepared. This glass fiber is, for example, a 5FS3 glass fiber with an outer diameter of approximately 100 μm and a hollow portion diameter of 6 μm.

方、(1)はアセトンの溶媒Inに120g溶解し、(
I)の飽和溶液(温度35°Cで)を用意する。この(
I)の飽和溶液を恒温槽にて温度35°Cに一定に保ち
、第7図に示すようにこの溶液内にガラスファイバーの
一端を侵入させる。すると毛管現象により(1)の溶液
がガラスファイバー内に進入する。この状態で保存する
と溶媒であるアセトンが蒸発し、過飽和状態になる。そ
してガラス中空管内部に結晶核が発生し、単結晶が成長
する。それにより20+w+以上もの長い範囲にわたっ
て結晶方位が一定に揃った単結晶状態が得られる。
On the other hand, 120g of (1) was dissolved in acetone solvent In, and (
A saturated solution (at a temperature of 35°C) of I) is prepared. this(
The saturated solution of I) is maintained at a constant temperature of 35° C. in a constant temperature bath, and one end of the glass fiber is inserted into this solution as shown in FIG. Then, the solution (1) enters the glass fiber due to capillary action. If stored in this state, the solvent acetone will evaporate, resulting in a supersaturated state. A crystal nucleus is then generated inside the glass hollow tube, and a single crystal grows. As a result, a single crystal state in which the crystal orientation is uniformly aligned over a long range of 20+w+ or more can be obtained.

上述のようにして(I)をガラスファイバー12内に単
結晶状態で充てんさせると、その結晶配向状態は第4図
図示のように、a軸(光学軸はX軸)がコア軸方向に延
びる状態となる。
When (I) is filled in the glass fiber 12 in a single crystal state as described above, the crystal orientation state is such that the a-axis (the optical axis is the X-axis) extends in the direction of the core axis, as shown in FIG. state.

以上述べたようにしてコア11が充てんされた後、ガラ
スファイバー12の両端をファイバー力ツターで切断し
て、長さ10aaの光波長変換素子lOを形成した。第
6図図示のように、この光波長変換素子10を光源装置
20と組み合わせて光波長変換モジュールが構成される
。本実施例においては、基本波を発生する光源として半
導体レーザー21が用いられており、そこから発せられ
た波長820n−のレーザー光(基本波)15はコリメ
ートレンズ22によって平行ビーム化され、次いでアナ
モリフイックプリズムペアー23およびλ/2板25に
通され、集光レンズ26で小さなビームスボンドに絞ら
れた上で、光波長変換素子10の入射端面10aに照射
される。それにより、この基本波15が光波長変換素子
10内に入射する。前述した通り、コア11を構成する
(1)は、X軸がコア軸方向に延びる結晶配向状態とな
っており、一方本例では、光源装置20のλ/2板25
を回転させることにより、Z偏光状態の基本波15を光
波長変換素子10に入力させる。
After the core 11 was filled in the manner described above, both ends of the glass fiber 12 were cut with a fiber cutter to form an optical wavelength conversion element IO having a length of 10 aa. As shown in FIG. 6, an optical wavelength conversion module is constructed by combining this optical wavelength conversion element 10 with a light source device 20. In this embodiment, a semiconductor laser 21 is used as a light source that generates a fundamental wave, and a laser beam (fundamental wave) 15 with a wavelength of 820n- is emitted from the semiconductor laser 21, which is converted into a parallel beam by a collimating lens 22, and then converted into an anamorphic beam. The light passes through a pair of Fick prisms 23 and a λ/2 plate 25, is condensed into a small beam beam by a condenser lens 26, and is then irradiated onto the incident end face 10a of the optical wavelength conversion element 10. Thereby, this fundamental wave 15 enters into the optical wavelength conversion element 10. As described above, (1) constituting the core 11 has a crystal orientation state in which the X axis extends in the core axis direction, while in this example, the λ/2 plate 25 of the light source device 20
By rotating , the fundamental wave 15 in the Z polarization state is input to the optical wavelength conversion element 10 .

光波長変換素子lO内に入射した基本波15は、コア1
1を構成する(1)により、波長が1/2(=410n
i)の第2高調波15°に変換される。
The fundamental wave 15 that has entered the optical wavelength conversion element IO is the core 1
1, the wavelength is 1/2 (=410n
i) is converted to the second harmonic of 15°.

この第2高調波15′はクランド12の外表面の間で全
反射を繰り返して素子lO内を進行し、基本波15のコ
ア部での導波モードと、第2高調波15゛のクラッド部
への放射モードとの間で位相整合がなされる(いわゆる
チェレンコフ放射)。
This second harmonic wave 15' repeats total reflection between the outer surfaces of the crand 12 and propagates inside the element 10, and the waveguide mode of the fundamental wave 15 in the core part and the waveguide mode of the second harmonic wave 15' in the cladding part are formed. (so-called Cherenkov radiation).

光波長変換素子10の出射端面10bからは、上記第2
高調波15°と基本波15とが混合したビーム15゛が
出射する。この出射ビーム15゛は、集光レンズ27に
通されて集光された後、上記410n11の第2高調波
15゛は良好に透過させる一方、820nmの基本波1
5は吸収するノ\ンドパスフィルター28に通され、第
2高調波15のみが取り出される。偏光板等を使用して
、上記第2高調波15″はZ偏光であることが確認され
た。つまり本例では、前述した(1)の非線形光学定数
d33が利用されている。この第2高調波15゛の光強
度を光パワーメータ29で測定して、波長変換効率を求
めたところ、IW換算で約1%であった。
From the output end face 10b of the optical wavelength conversion element 10, the second
A beam 15°, which is a mixture of a harmonic wave of 15° and a fundamental wave of 15°, is emitted. After this emitted beam 15' is passed through the condensing lens 27 and condensed, the second harmonic of 410n11 is well transmitted, while the fundamental wave of 820nm is 15'.
5 is passed through an absorbing node pass filter 28, and only the second harmonic 15 is extracted. Using a polarizing plate or the like, it was confirmed that the second harmonic 15'' was Z-polarized light. In other words, in this example, the nonlinear optical constant d33 in (1) mentioned above was used. The wavelength conversion efficiency was determined by measuring the light intensity of the 15th harmonic with an optical power meter 29, and found to be about 1% in terms of IW.

(発明の効果) 上述のように本発明の式(I)で表わされる分子で構成
される分子性結晶は、青色光透過性が高く、分子配列に
反転対称性が無いため、2次の非線形光学効果を有する
。従って2次の非線形光学効果を用いた波長変換に有用
な材料となる。特に青色領域の変換波の発生には有用で
ある。また、詳細に説明した通り本発明の光波長変換モ
ジュールによれば、(1)が有する高い非線形光学定数
を実際にファイバー型の非線形光学材料において利用可
能で、しかも光波長変換素子を充分に長く形成可能であ
るので、極めて高い波長変換効率を実現できる。また(
I)は400nm近辺に吸収端を有するものであるから
、この光波長変化モジュールによれば、800ns程度
のレーザー光を基本波として用いて、青色領域の第2高
調波を効率良く取り出すことも可能でなる。
(Effects of the Invention) As described above, the molecular crystal composed of molecules represented by the formula (I) of the present invention has high blue light transmittance and has no inversion symmetry in its molecular arrangement, so it exhibits second-order nonlinearity. Has an optical effect. Therefore, it is a useful material for wavelength conversion using second-order nonlinear optical effects. It is particularly useful for generating converted waves in the blue region. Furthermore, as explained in detail, according to the optical wavelength conversion module of the present invention, the high nonlinear optical constant of (1) can actually be used in a fiber-type nonlinear optical material, and the optical wavelength conversion element can be made long enough. Since it can be formed, extremely high wavelength conversion efficiency can be achieved. Also(
I) has an absorption edge near 400 nm, so with this optical wavelength changing module, it is also possible to efficiently extract the second harmonic in the blue region by using a laser beam of about 800 ns as the fundamental wave. It becomes.

上記ではチェレンコフ放射方式を用いた方法について説
明したが、これらに限定されるだけでなく、導波−導波
の位相整合も可能である。波長変換波は第2高調波に限
定されるだけでなく、第3高調波、和および差周波発生
にも用いられる。
Although the method using the Cerenkov radiation method has been described above, the present invention is not limited to this, and waveguide-waveguide phase matching is also possible. Wavelength converted waves are not only limited to second harmonics, but can also be used for third harmonic, sum and difference frequency generation.

また上記化合物を単結晶化し、そこからバルクの単結晶
を切り出し、YAGレーザー光を入力しその第2光調波
の発生が可能である。この時の位相整合方法には角度位
相整合を用いる。これらのバルク単結晶はレーザーのキ
ャビテイ外で用いられるだけでなく、LD励起固体レー
ザー等の固体レーザーのキャビティ内で用いる事で、波
長変換効率を高めることが出来る。さらには、外部共振
器型のLDの共振器内に配置することでも、波長変換効
率を高めることが出来る。
It is also possible to single-crystallize the above compound, cut out a bulk single crystal, and input YAG laser light to generate its second optical harmonic. Angular phase matching is used as the phase matching method at this time. These bulk single crystals can be used not only outside the laser cavity, but also within the cavity of a solid-state laser such as an LD-pumped solid-state laser to improve wavelength conversion efficiency. Furthermore, the wavelength conversion efficiency can also be increased by placing it within the resonator of an external resonator type LD.

以上の単結晶化には、ブリッジマン法、溶媒原発法等が
用いられる。
For the above single crystallization, the Bridgman method, the solvent nuclear method, etc. are used.

波長変換波は第2高調波に限定されるだけでなく、第3
高調波、和差周波発生にも用いられる。
The wavelength converted wave is not only limited to the second harmonic, but also the third harmonic.
It is also used to generate harmonics and sum-difference frequencies.

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

第1図にテトラヒドロフラン溶液の溶媒原発法により作
成した単結晶の形状とよび面指数を示す。 結晶の大きさはほぼ無色透明、C軸方向に伸長する性質
を有する。 第2図に結晶構造図を示す。a)はa軸方向ステレオ投
影図、b)はb軸方向ステレオ撮影図、C)はC軸方向
ステレオ投影図である。 第3図にN、N−ジメチルホルムアミド溶液の温度降下
法により得られた単結晶を示す。 第4図は、第3図の結晶を用いた第2高調波発生実験装
置の概略図である。図中の番号は下記を示す。 1   :Na:YAGレーザ− 2:基本波(λ−1,・064μm) 2′ :第2高調波(λ=0.532μm)3 :弐(
1)の化合物の単結晶 4 :基本波カットフィルター 第5図は本発明に係わ光波長変換素子におけるコアの結
晶配向を示す概略図を示す。 第6図は本発明に係る光波長変換素子を作成する方法を
説明する説明図である。 10:光波長変換素子  11:コア 12:クラノド     15:基本波■5′:第2高
調波    20:光源装置21:半導体レーザー  
22:コリメートレンズ23:アナモリフインクプリズ
ムペアー25:λ/2板     22.27:集光レ
ンズ第7図は式(1)の化合物の単結晶をコアとするフ
ァイバーの溶媒蒸発法による単結晶成長装置を示す。 ■ 式(f)の化合物の飽和溶液 ■ クラッド(ガラスファイバー) 特許出願人 富士写真フィルム株式会社第 図 第2図 図面の浄書
Figure 1 shows the shape and surface index of a single crystal prepared by the solvent nuclear method using a tetrahydrofuran solution. The size of the crystal is almost colorless and transparent, and it has the property of elongating in the C-axis direction. Figure 2 shows a crystal structure diagram. a) is a stereo projection view in the a-axis direction, b) is a stereo photographic view in the b-axis direction, and C) is a stereo projection view in the c-axis direction. FIG. 3 shows a single crystal obtained by the temperature drop method of an N,N-dimethylformamide solution. FIG. 4 is a schematic diagram of a second harmonic generation experimental apparatus using the crystal shown in FIG. 3. The numbers in the figure indicate the following. 1: Na: YAG laser 2: Fundamental wave (λ-1, 064 μm) 2': 2nd harmonic (λ = 0.532 μm) 3: 2 (
Single crystal of compound 1) 4: Fundamental wave cut filter FIG. 5 is a schematic diagram showing the crystal orientation of the core in the optical wavelength conversion element according to the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a method for producing an optical wavelength conversion element according to the present invention. 10: Optical wavelength conversion element 11: Core 12: Cranode 15: Fundamental wave 5': Second harmonic 20: Light source device 21: Semiconductor laser
22: Collimating lens 23: Anamorphic ink prism pair 25: λ/2 plate 22.27: Condensing lens Figure 7 shows single crystal growth by solvent evaporation of a fiber with a single crystal of the compound of formula (1) as its core. Show the device. ■ Saturated solution of the compound of formula (f) ■ Clad (glass fiber) Patent applicant Fuji Photo Film Co., Ltd. Engraving of the drawing in Figure 2

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)下記の式( I )で表わされる分子によって構成
されることを特徴とする斜方晶系であり、Pna2_1
の空間群を有する分子性結晶。 式( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼
(1) It is an orthorhombic system characterized by being composed of molecules represented by the following formula (I), and Pna2_1
A molecular crystal with a space group of Formula (I) ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼
(2)レーザー光と非線形光学材料とを用いて光波長の
変換を行う際に、非線形光学材料として請求項(1)記
載の分子性結晶からなる単結晶を用いる光波長の変換方
法。
(2) A method of converting the wavelength of light using a single crystal made of the molecular crystal according to claim (1) as the nonlinear optical material when converting the wavelength of light using a laser beam and a nonlinear optical material.
(3)クラッド内に式( I )で表わされる分子によっ
て構成されることを特徴とする単結晶の非線形光学材料
がコアとして充てんされ、該光学材料の結晶がそのa軸
が略コア軸方向に延びるように配向されてなる光波長変
換素子と、この光波長変換素子に、前記a軸と直交する
結晶のを軸あるいはc軸の方向に直線偏光した基本波を
入射させる光源装置とからなる光波長変換モジュール。 (但し、結晶軸の決め方は2回軸をC軸とし、他の結晶
軸は右手系に従う。)
(3) A single-crystal nonlinear optical material characterized by being composed of molecules represented by formula (I) is filled in the cladding as a core, and the crystal of the optical material has its a-axis aligned approximately in the direction of the core axis. A light source device that includes an optical wavelength conversion element oriented to extend, and a light source device that causes a fundamental wave linearly polarized in the direction of the axis or c axis of a crystal perpendicular to the a axis to be incident on the optical wavelength conversion element. Wavelength conversion module. (However, the crystal axis is determined using the 2-fold axis as the C axis, and the other crystal axes follow the right-handed system.)
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