JPH04258928A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は第二、第三高調波発生、
光混合、光パラメトリック発振、光スイッチなどの光デ
バイスに利用される非線形光学材料に関し、特に優れた
非線形光学性能を示す有機化合物からなる非線形光学材
料に関する。

【０００２】

【従来の技術】非線形光学素子は、電磁場による二次、
三次の非線形分極を利用し、将来実現すると予想される
光コンピュータの基本素子となり得る、高調波発生、光
混合、光パラメトリック発振、光変調、光スイッチ、光
双安定素子などの素子として注目されている。

【０００３】従来、非線形光学材料としては、ＬｉＮｂ
Ｏ３　、ＫＤＰ、ＧａＡｓなどの無機材質及び半導体材
料が主に検討されてきた。これに対して、近年、これら
の材料に比べて非線形光学特性に優れ（１０〜１００倍
）、光スイッチ、光双安定素子などで重要となる光応答
が非常に速い有機系の非線形光学材料が見出され、これ
らを利用した非線形光学素子の開発が盛んになっている
。これらの非線形光学材料としては、尿素、ＭＮＡ、Ｎ
ＰＰ（特開昭５９−２１６５５号公報）などが代表例と
して挙げられる。

【０００４】第二高調波を利用した波長変換を考えた場
合、可視域に吸収がある（カットオフ波長が長い）と大
きな問題になる。すなわち、現在の半導体レーザの発振
波長は約８００ｎｍであるが、波長変換素子の材料に二
倍波の４００ｎｍ付近に大きな吸収があると、第二高調
波変換効率が悪く、材料の劣化にもつながる。前述した
ＭＮＡ、ＮＰＰは、カットオフ波長がそれぞれ４８０ｎ
ｍ、４９０ｎｍである。したがって、現在用いられてい
る半導体レーザの第二高調波発生用材料としては好まし
くないと考えられる。一方、尿素や無機材料のように可
視域に吸収のない材料は、非線形光学定数があまり大き
くない、安定性に欠ける、などの欠点があり、非線形光
学効果を利用した種々の光処理に支障をきたす。

【０００５】一般的に、非線形光学定数の大きい有機材
料は、分子の骨格としてπ電子共役系が存在し、置換基
として電子供与基又は電子吸引基を持つという特徴的な
分子構造を有している。この場合、π電子共役系が長け
れば長いほど、置換基の電子供与性又は電子吸引性が強
ければ強いほど、非線形光学性能は大きくなる。したが
って、大きな非線形光学効果を得るためには、π電子共
役系を伸ばし、電子供与性又は電子吸引性の強い基を導
入すればよいと考えられる。しかし、このような分子で
は、カットオフ波長がより長波長になるという問題があ
る。そこで、例えば、下記一般式（２）

【０００６】

【化２】

【０００７】（式中、Ｒ１　及びＲ２　の少なくとも一
方が電子吸引基であり、残りの基及びＲ３〜Ｒ６　が水
素、電子吸引基、電子供与基、又はかさ高い基を示すか
、Ｒ３　〜Ｒ６の２以上が電子供与基であり、残りの基
及びＲ１　、Ｒ２　が水素、電子吸引基、又はかさ高い
基を示す）

【０００８】で表わされる化合物が提案されている（特
開平２−４３５２１号公報）。これらの化合物では、前
述した問題が改善されている。しかし、これらの化合物
でも、粉末法による評価で第二高調波変換効率が尿素の
２倍を超えるものは、カットオフ波長が４１０ｎｍより
も長い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、二次
高調波変換効率が優れ、カットオフ波長が短く、かつ安
定な有機非線形光学材料を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の非線形光
学材料は、下記構造式（１）

【００１１】

【化３】 で表わされるスコポレチンを含有することを特徴とする
ものである。本発明において用いられるスコポレチンは
、蛍光性ナス科の植物ハシリドコロの根茎などに含まれ
ている配糖体スコポリンなどから得ることができる。

【００１２】本発明の非線形光学材料を非線形光学素子
に応用する場合、スコポレチンの単結晶を用いてもよい
し、側鎖及び主鎖の少なくとも一方にスコポレチンを含
む高分子化合物、又はスコポレチンを含む高分子組成物
を用いてもよい。

【００１３】側鎖及び主鎖の少なくとも一方にスコポレ
チンを含む高分子化合物は、スコポレチンとアクリル酸
、メタクリル酸、スチレンなどとを、エステル結合、ア
ミド結合、又は炭素−炭素結合により結合したモノマー
を重合することにより得ることができる。

【００１４】また、スコポレチンを含む高分子組成物は
、スコポレチンを、アクリル酸、メチルアクリレート、
エチルアクリレート、ブチルアクリレート、イソブチル
アクリレート、メタクリル酸、メチルメタクリレート、
エチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イ
ソブチルメタクリレート、トリエチルプロパンメタクリ
レート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシル
メタクリレート、フェニルメタクリレート、ベンジルメ
タクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、
グリシジルメタクリレート、ペンタフルオロブチルメタ
クリレート、スチレン、クロロスチレン、２，５−ジク
ロロスチレン、メトキシスチレンなどのモノマーに混合
し、重合させることにより得ることができる。

【００１５】また、必要に応じて、重合時又は重合後に
、ポーリング処理を行うことによりスコポレチン分子を
配向させると、生成物の非線形光学性能を向上させるこ
とができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１７】スコポレチンの電子状態を、分子軌道法の
一つであるＰＰＰ法により計算し、二次の分子超分極率
を算出した。その結果、二次の分子超分極率は５．５８
×１０−３０　ｅｓｕであり、標準物質である尿素の値
０．１５×１０−３０　ｅｓｕの約４０倍であった。

【００１８】スコポレチンの微結晶について、いわゆる
粉末法により非線形光学性能を評価した。約２．５ＭＷ
／ｃｍ２　のピークパワー密度を有するＮｄ３＋ＹＡＧ
レーザ光（波長１．０６４μｍ）を入射した場合、尿素
の約４倍の第２高調波変換効率を示した。

【００１９】スコポレチンのカットオフ波長は、Ａｎａ
ｌ．Ｃｈｅｍ．３０，２０４１（１９５８）によれば、
３９３ｎｍである。スコポレチンの融点は２０４℃と高
く、熱的にも安定である。

【００２０】次に、図１に示すように、基板４上に、液
相エピタキシャル成長法によりスコポレチンの薄膜単結
晶３を成長させ、非線形光学素子を作製した。この素子
に、ピークパワー１ｋＷ、１００ｐｓｅｃのＹＡＧレー
ザ光（波長１．０６４μｍ）１をレンズ２を通して入射
させ、５３２ｎｍの第二高調波５の強度を光電子増倍管
により測定した。その結果、第二高調波変換効率は尿素
の約５倍であった。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の有機非線形
光学材料は、二次高調波変換効率が優れ、カットオフ波
長が短く、かつ安定である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において作製された非線形光学
素子の概略構成を示す図。

【符号の説明】

１…ＹＡＧレーザ光、２…レンズ、３…スコポレチンの
薄膜単結晶、４…基板、５…第二高調波。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　下記構造式（１） 【化１】 で表わされるスコポレチンを含有することを特徴とする
   有機非線形光学材料。