JPH0433928A - Production of non-linear optical material - Google Patents

Production of non-linear optical material

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JPH0433928A
JPH0433928A JP13934590A JP13934590A JPH0433928A JP H0433928 A JPH0433928 A JP H0433928A JP 13934590 A JP13934590 A JP 13934590A JP 13934590 A JP13934590 A JP 13934590A JP H0433928 A JPH0433928 A JP H0433928A
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JP
Japan
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polymer
dispersed
dissolved
derivative
low molecular
Prior art date
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Pending
Application number
JP13934590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seizo Miyata
清蔵 宮田
Soutetsu Ri
李 相▲てつ▼
Toshiyuki Watanabe
敏行 渡辺
Akira Kidoguchi
晃 木戸口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0433928A publication Critical patent/JPH0433928A/en
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Abstract

PURPOSE:To readily and efficiently obtain the subject stable material having a high non-linear optical constant by applying an electric field or a magnetic field to a noncrystalline polymer at a specified temperature, then carrying out volume relaxation, subsequently cooling to room temperatures and suppressing the relaxation phenomenon. CONSTITUTION:An electric field or a magnetic field is applied to a noncrystalline polymer obtained by dispersing or dissolving a noncrystalline polymer or a low molecule compound in a polymer at a temperature higher than glass transition temperature of the polymer to introduce an asymmetric structure and volume relaxation is then generated at a constant temperature lower than its glass transition temperature. The electric field or the magnetic field is maintained until the specific volume of the polymer approaches its equilibrium specific volume and the polymer is then cooled to room temperatures to fix the asymmetric structure, thus obtaining the objective material. In addition, a polymer containing a non-linear optically active part in the main chain and containing a non-linear optically active part in the side chain is preferable as the above-mentioned polymer.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は非線形光学材料の製造法に係り、緩和現象を抑
制し、安定した非線形光学常数を有する非線形光学材料
を製作するための簡便でかつ効果的な非線形光学材料の
製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing a nonlinear optical material, which is a simple and simple method for producing a nonlinear optical material that suppresses relaxation phenomena and has a stable nonlinear optical constant. The present invention relates to a method for producing an effective nonlinear optical material.

[従来の技術] 非線形光学材料は、光の和周波数発生、差周波数発生、
波長を1/2に変換する第二高調波発生(SHG)、1
/3に変換する第三高調波発生、−次及び二次の電気光
学効果等の非線形光学効果を発揮する物質である。この
ような非線形光学効果を利用すると、光−光増幅、高密
度光ディスク、光スイッチング、光メモリなどの光通信
・情報処理の発展に欠くことのできない各種デバイスの
実現が可能となる。このため、無機及び有機の各種の非
線形光学材料の研究、開発が国内外で勢力的に行われて
いる。特に、有機非線形光学材料の進歩は著しく、無機
物質に比べて2桁以上高い性能を示すものさえ発見され
ている。
[Prior art] Nonlinear optical materials can generate sum frequency, difference frequency, and
Second harmonic generation (SHG) that converts the wavelength by half, 1
It is a material that exhibits nonlinear optical effects such as third harmonic generation that converts to /3, and negative-order and second-order electro-optic effects. Utilizing such nonlinear optical effects makes it possible to realize various devices essential for the development of optical communication and information processing, such as optical-optical amplification, high-density optical disks, optical switching, and optical memory. For this reason, research and development of various inorganic and organic nonlinear optical materials are being actively conducted both domestically and internationally. In particular, organic nonlinear optical materials have made remarkable progress, and some have even been discovered that exhibit performance two orders of magnitude higher than that of inorganic materials.

しかしながら、有機材料の中には高品位でかつ十分な大
きさの単結晶の育成が困難なものが少なくない。また、
たとえ単結晶が得られても、その結晶構造が中心対称構
造を有するために二次の非線形光学効果を発現しないこ
とが多い。そこで大きな二次の超分子分極率を有する低
分子化合物を高分子化合物(ポリマー)等と複合化させ
たり(ホスト−ゲスト系非線形光学材料)、高分子化合
物(ポリマー)の一部を大きな二次の細分子分8i率を
有する原子団で修飾した上で(ポリマー系非線形光学材
料)、非中心対称構造を有するように制御する試みがな
されている。
However, there are many organic materials for which it is difficult to grow single crystals of high quality and sufficient size. Also,
Even if a single crystal is obtained, it often does not exhibit second-order nonlinear optical effects because its crystal structure has a centrosymmetric structure. Therefore, it is possible to combine a low-molecular compound with a large second-order supramolecular polarizability with a high-molecular compound (polymer) (host-guest nonlinear optical material), or to combine a part of the high-molecular compound (polymer) with a large second-order supramolecular polarizability. Attempts have been made to modify the material with an atomic group having a fine molecular fraction of 8i (polymer-based nonlinear optical material) and control it to have a non-centrosymmetric structure.

ホスト−ゲスト系非線形光学材料やポリマー系非線形光
学材料の構造を非中心対称構造に制御する方法としては
、材料をポリマーのガラス転移温度以上に加熱し低分子
化合物や修飾基の運動を自由にした上で、電界又は磁界
を印加し、これらを一方向に配向させ、この状態でガラ
ス転移温度未満に冷却し配向を固定する、いわゆるポー
リング法が多く用いられている。
One way to control the structure of host-guest-based nonlinear optical materials and polymer-based nonlinear optical materials into non-centrosymmetric structures is to heat the material above the glass transition temperature of the polymer to free the movement of low-molecular-weight compounds and modifying groups. The so-called poling method is often used, in which an electric or magnetic field is applied to orient the materials in one direction, and in this state, the orientation is fixed by cooling below the glass transition temperature.

例えば、ホスト高分子化合物のポリメチルメタクリレー
ト中にアゾ系色素を溶解して薄膜化した後、電界による
ポーリングを施し非中心対称構造とした系で6X10−
9esuの非線形光学常数が観測されている。 (K、
 D、 Singer、 J、 E、 5hon。
For example, after dissolving an azo dye in polymethyl methacrylate as a host polymer compound to form a thin film, poling with an electric field was performed to create a non-centrosymmetric structure.
A nonlinear optical constant of 9 esu has been observed. (K,
D, Singer, J, E, 5hon.

and S、 J、 Lalama、 Appl、 P
hys、 Lett、、 49゜248、1986) また、特開平1−99033号及び特開平1−1637
26号には、ホスト−ゲスト系材料を電界又は磁界によ
るポーリングで非中心対称構造とした非線形光学材料に
ついて開示されている。
and S, J., Lalama, Appl, P.
hys, Lett, 49°248, 1986) Also, JP-A-1-99033 and JP-A-1-1637
No. 26 discloses a nonlinear optical material in which a host-guest material is made into a non-centrosymmetric structure by poling with an electric or magnetic field.

更に、ポリマー系材料を電界によるポーリングで非中心
対称構造とした非線形光学材料に関しては、特開昭63
−312304号に記載されている。
Furthermore, regarding nonlinear optical materials in which a polymer material is made into a non-centrosymmetric structure by poling with an electric field, Japanese Patent Laid-Open No. 63
-312304.

このようなホスト−ゲスト系材料又はポリマー系材料を
ポーリングによって非中心対称構造とした非線形光学材
料は、薄膜化や微細バターニング等の加工性に優れてお
り、デバイス化に通した材料である。
A nonlinear optical material in which such a host-guest material or a polymer material is formed into a non-centrosymmetric structure by poling has excellent processability such as thin film formation and fine patterning, and is a material that can be used to create devices.

[発明が解決しようとする課題] ポーリングによって配向させられたゲスト分子や修飾基
は、自身の熱振動によって次第にランダムな方向をとろ
うとする。ガラス転移温度未満のポリマー中では周囲の
ポリマーの運動性が低いため、ゲスト分子や修飾基の熱
振動は抑制されポーリングによって与えられた配向が保
たれると期待されるが、実際には殆どの系で、次第に非
中心対称性が失われ、それに伴って非線形光学特性が減
衰するいわゆる緩和現象が観察されている。緩和による
非線形光学常数の減衰は最小でも30%程度であり、甚
だしい場合には完全に非線形光学特性が失われることも
ある。
[Problems to be Solved by the Invention] Guest molecules and modification groups oriented by poling gradually try to take random directions due to their own thermal vibrations. Since the mobility of surrounding polymers is low in polymers below the glass transition temperature, it is expected that the thermal vibrations of guest molecules and modifying groups will be suppressed and the orientation given by poling will be maintained. A so-called relaxation phenomenon has been observed in which the non-central symmetry is gradually lost in the system, and the nonlinear optical properties are accordingly attenuated. Attenuation of the nonlinear optical constant due to relaxation is at least about 30%, and in severe cases, the nonlinear optical characteristics may be completely lost.

このように緩和現象は材料の非線形光学常数を著しく減
少させるのみならず、デバイスの性能安定性も損なうた
め、ポーリングによって非中心対称構造を導入する全て
の非線形光学材料にとって非常に重大な問題である。
This relaxation phenomenon not only significantly reduces the nonlinear optical constant of the material but also impairs the performance stability of the device, so it is a very serious problem for all nonlinear optical materials that introduce noncentrosymmetric structures by poling. .

これまでに緩和現象を抑制する手段として、高いガラス
転移温度を有するポリマーを使用することが試みられて
いる6しかしながら、この場合、ポーリングもまたより
高温で行う必要がある。
Previous attempts have been made to use polymers with high glass transition temperatures as a means of suppressing relaxation phenomena.6 However, in this case the poling also needs to be carried out at higher temperatures.

一般にポーリングの効果は実施する温度が高くなればな
るほど低下する。また材料の絶縁破壊や熱分解等も生じ
易くなるという問題もあり、この方法は十分な解決法と
は言い難い。
In general, the effectiveness of polling decreases as the temperature at which it is carried out increases. There is also the problem that dielectric breakdown and thermal decomposition of the material are likely to occur, so this method cannot be said to be a sufficient solution.

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は緩和現象を抑制し、安
定した非線形光学常数を有する非線形光学材料を製作す
るための簡便でかつ効果的な非線形光学材料の製造方法
を提供することにある。
The present invention was made to solve the problems of the prior art, and its purpose is to provide a simple and effective method for suppressing relaxation phenomena and producing a nonlinear optical material having stable nonlinear optical constants. The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a nonlinear optical material.

[課題を解決するための手段及び作用コ請求項(1)の
非線形光学材料の製造法は、非晶性ポリマー又は低分子
化合物をポリマー中に分散ないし溶解させた非晶性ポリ
マーに、電界又は磁界を印加して非中心対称構造を付与
し非線形光学材料を製造するにあたり、ポリマーのガラ
ス転移温度以上で電界又は磁界を印加し非中心対称構造
を導入した後、ガラス転移温度未満よりも低い一定の温
度で体積緩和を生じさせポリマーの比体積が平衡比体積
に近づくまで電界又は磁界を保持し、その後、室温まで
冷却して非中心対称構造を固定することを特徴とする 請求項(2)の非線形光学材料の製造法は、請求項(1
)の方法において、非晶性ポリマーが主鎖に非線形光学
活性な部位を含んでいるポリマーであることを特徴とす
る請 請求項(3)の非線形光学材料の製造法は、請求項(1
)の方法において、非晶性ポリマーが側鎖に非線形光学
活性な部位を含んでいるポリマーであることを特徴とす
る 請求項(4)の非線形光学材料の製造法は、請求項(1
)の方法において、低分子化合物をポリマー中に分散な
いし溶解させた非晶性ポリマーが水素結合性の修飾基を
有するビニルポリマーであることを特徴とする 請求項(5)の非線形光学材料の製造法は、請求項(4
)の方法において、低分子化合物をポリマー中に分散な
いし溶解させた非晶性ポリマーがポリビニルカルバゾー
ル又はその誘導体であることを特徴とする請 請求項(6)の非線形光学材料の製造法は、請求項(4
)の方法において、低分子化合物をポリマー中に分散な
いし溶解させた非晶性ポリマーがポリビニルピロリドン
又はその誘導体であることを特徴とする 請求項(7)の非線形光学材料の製造法は、請求項(4
)の方法において、低分子化合物をポリマー中に分散な
いし溶解させた非晶性ポリマーがポリビニルピリジン又
はその誘導体であることを特徴とする 請求項(8)の非線形光学材料の製造法は、請求項(4
)の方法において、低分子化合物をポリマー中に分散な
いし溶解させた非晶性ポリマーがポリアミド又はその誘
導体であることを特徴とする 請求項(9)の非線形光学材料の製造法は、請求項(4
)の方法において、低分子化合物をポリマー中に分散な
いし溶解させた非晶性ポリマーがボリサルフォン又はそ
の誘導体であることを特徴とする 請求項(10)の非線形光学材料の製造法は、請求項(
1)の方法において、ポリマー中に分散ないし溶解させ
る低分子化合物がN−メトキシメチル−4−ニトロアニ
リン又はその誘導体であることを特徴とする 請求項(11)の非線形光学材料の製造法は、請求項(
1)の方法において、ポリマー中に分散ないし溶解させ
る低分子化合物がN、N’ −ビス−(4−ニトロフェ
ニル)−メタンジアミン又はその誘導体であることを特
徴とする 請求項(12)の非線形光学材料の製造法は、請求項(
1)の方法において、ポリマー中に分散ないし溶解させ
る低分子化合物がN、N’ −ビス−(4−メトキシカ
ルボフェニル)−メタンジアミン又はその誘導体である
ことを特徴とする請求項(13)の非線形光学材料の製
造法は、請求項(1)の方法において、ポリマー中に分
散ないし溶解させる低分子化合物がカルコン又はその誘
導体であることを特徴とする。
[Means and effects for solving the problem] The method for producing a nonlinear optical material according to claim (1) applies electric field or In manufacturing nonlinear optical materials by applying a magnetic field to impart a non-centrosymmetric structure, an electric or magnetic field is applied at a temperature above the glass transition temperature of the polymer to introduce a non-centrosymmetric structure, and then a constant temperature lower than the glass transition temperature is applied. Claim (2) characterized in that the electric or magnetic field is maintained until volume relaxation occurs at a temperature of , and the specific volume of the polymer approaches the equilibrium specific volume, and then the non-centrosymmetric structure is fixed by cooling to room temperature. A method for producing a nonlinear optical material is defined in claim (1).
), wherein the amorphous polymer is a polymer containing a nonlinear optically active site in the main chain, the method for producing a nonlinear optical material according to claim (3)
The method for producing a nonlinear optical material according to claim (4), wherein the amorphous polymer is a polymer containing a nonlinear optically active site in the side chain, is the method according to claim (1).
In the method of (5), the amorphous polymer in which the low-molecular compound is dispersed or dissolved in the polymer is a vinyl polymer having a hydrogen-bonding modification group. The law requires claims (4
), wherein the amorphous polymer in which the low-molecular compound is dispersed or dissolved in the polymer is polyvinylcarbazole or a derivative thereof. Term (4
), wherein the amorphous polymer in which the low molecular weight compound is dispersed or dissolved in the polymer is polyvinylpyrrolidone or a derivative thereof. (4
), wherein the amorphous polymer in which the low-molecular compound is dispersed or dissolved in the polymer is polyvinylpyridine or a derivative thereof. (4
The method for producing a nonlinear optical material according to claim (9), characterized in that the amorphous polymer in which the low-molecular compound is dispersed or dissolved in the polymer is polyamide or a derivative thereof. 4
The method for producing a nonlinear optical material according to claim (10), wherein the amorphous polymer in which the low-molecular compound is dispersed or dissolved in the polymer is borisulfone or a derivative thereof.
The method for producing a nonlinear optical material according to claim 11, wherein in the method 1), the low molecular compound to be dispersed or dissolved in the polymer is N-methoxymethyl-4-nitroaniline or a derivative thereof. Claims (
The nonlinear method according to claim 12, wherein in the method of 1), the low molecular compound to be dispersed or dissolved in the polymer is N,N'-bis-(4-nitrophenyl)-methanediamine or a derivative thereof. The manufacturing method of the optical material is described in the claim (
In the method of claim 1), the low molecular weight compound to be dispersed or dissolved in the polymer is N,N'-bis-(4-methoxycarbophenyl)-methanediamine or a derivative thereof. The method for producing a nonlinear optical material is characterized in that, in the method of claim (1), the low molecular compound to be dispersed or dissolved in the polymer is chalcone or a derivative thereof.

本発明者らはすでに、ガラス転移温度以下でのアニーリ
ングによる体積減少がポリビニリデンシアナイド−ビニ
ルアセテート共重合体をポーリングした際の圧電性及び
残留分極の強度に影響を与えることを見出した(ヨン 
スン ジョー出版 茂、宮1)滑層「繊維学会誌」、第
39巻11号、451頁、1983年)。本発明者らは
かかる知見に基き更に鋭意研究を行った結果今回の発明
に至ったものである。
The present inventors have already found that volume reduction due to annealing below the glass transition temperature affects the strength of piezoelectricity and remanent polarization when poling polyvinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer (Yon
Sun Jo Publishing Shigeru, Miya 1) Smooth layer, "Journal of the Japan Textile Society," Vol. 39, No. 11, p. 451, 1983). The present inventors conducted further intensive research based on this knowledge, and as a result, they arrived at the present invention.

以下、本発明について詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below.

本発明で製造される非晶性ポリマー又は非晶性ポリマー
中に低分子化合物を分散させた非線形光学材料は、電界
又は磁界によるポーリングに適した形状であることが好
ましい。−数的には材料はスピンコード法等の方法によ
って電極等の上に薄膜上に作成される。薄膜の膜厚と材
料にかかる電界又は磁界強度は反比例するのでポーリン
グの効果は膜厚が薄いほうが良好であるが、薄すぎると
絶縁破壊が生じ易くなるため、膜厚は0.5〜100μ
前後であることが好ましい。
The amorphous polymer produced in the present invention or the nonlinear optical material in which a low molecular weight compound is dispersed in the amorphous polymer preferably has a shape suitable for poling by an electric field or a magnetic field. - Numerically, the material is produced in a thin film on electrodes etc. by methods such as spin coding. Since the thickness of the thin film and the strength of the electric or magnetic field applied to the material are inversely proportional, the poling effect is better when the film is thinner, but if it is too thin, dielectric breakdown is likely to occur, so the film thickness should be 0.5 to 100μ.
It is preferable that it be before or after.

本発明において、電界によってポーリングを行う場合、
電極の構造は常に限定を受けない。−数的な平行平板電
極でも十分な効果が得られるが、材料が絶縁破壊し易い
ものの場合はコロナポーリング法を用いることが好まし
い。また、薄膜上にシリコンオイル等の絶縁性の液体の
薄膜を展開することは絶縁破壊を防止する有効な手段で
ある。
In the present invention, when polling is performed using an electric field,
The structure of the electrode is always open-ended. -Although sufficient effects can be obtained with numerical parallel plate electrodes, it is preferable to use the corona poling method if the material is prone to dielectric breakdown. Further, spreading a thin film of an insulating liquid such as silicone oil on the thin film is an effective means for preventing dielectric breakdown.

コロナポーリング法に関してはMortaZaVi ら
の論文に詳しく記載されている(M、八、 Morta
zavi。
The corona polling method is described in detail in the paper by MortaZaVi et al.
zavi.

A、 Knoesen、 and S、 T、 Kow
el、 J、 Opt、 Sac。
A. Knoesen and S. T. Kow
el, J, Opt, Sac.

Am、 a、 vol、δ、 No、 4.1989)
最初にポリマーのガラス転移温度以上の温度で行うポー
リングは、好ましくはガラス転移温度から5〜50℃程
度、より好ましくはガラス転移温度から5〜10℃高い
温度で行われる。ポーリングは配向効果が十分に達せら
れるまで継続することが好ましく、−数的には5〜18
0分程度行うことが好ましい。
Am, a, vol, δ, No, 4.1989)
The first poling carried out at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the polymer is preferably carried out at a temperature about 5 to 50°C higher than the glass transition temperature, more preferably 5 to 10°C higher than the glass transition temperature. It is preferable that the poling is continued until a sufficient alignment effect is achieved;
It is preferable to do this for about 0 minutes.

本発明ではポリマーのガラス転移温度以上の温度で行う
ポーリングに引続き、ガラス転移温度未満でポリマーの
自白体積が減少するまで電界又は磁界を保持するいわゆ
るエージングを行う。
In the present invention, poling is performed at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the polymer, followed by so-called aging in which an electric or magnetic field is maintained at a temperature lower than the glass transition temperature until the apparent volume of the polymer decreases.

エージングを行う温度は好ましくはガラス転移温度から
2〜20℃程度、より好ましくはガラス転移温度から2
〜10℃低い温度である。エージングはポリマーの体積
が平衡体積に近づくまで行うことが望ましく、長時間行
うほど緩和現象の抑制効果が高い。−数的には1〜10
時間程度が好ましい。
The aging temperature is preferably about 2 to 20 degrees Celsius above the glass transition temperature, more preferably about 2 degrees Celsius below the glass transition temperature.
The temperature is ~10°C lower. It is desirable to carry out the aging until the volume of the polymer approaches the equilibrium volume, and the longer the aging is carried out, the greater the effect of suppressing the relaxation phenomenon. -Number 1 to 10
About an hour is preferable.

エージング後、電界又は磁界を保持したまま材料を室温
近傍まで冷却し、しかる後電界又は磁界を除去するのは
通常のポーリング操作となんら変わらない。
After aging, cooling the material to near room temperature while maintaining the electric or magnetic field, and then removing the electric or magnetic field is no different from a normal poling operation.

このような本発明の方法によって製作された非線形光学
材料は、通常の方法でポーリングされた非線形光学材料
に比べて、緩和による非線形光学定数の減少が少なく、
安定した高い非線形光学常数を有する。
The nonlinear optical material produced by the method of the present invention has a smaller decrease in the nonlinear optical constant due to relaxation than a nonlinear optical material poled by a conventional method.
It has stable and high nonlinear optical constants.

また、電界又は磁界を除去した直後の非線形光学常数も
従来法のものに比べて高い値を示しており、ポーリング
の効率においても本発明の方法が優れている。
Furthermore, the nonlinear optical constant immediately after the electric field or magnetic field is removed is higher than that of the conventional method, and the method of the present invention is also superior in terms of poling efficiency.

本発明の方法は、ポーリングによフて非中心対称構造を
導入する非晶性ポリマー又はポリマーをホストとするホ
スト−ゲスト系材料の全てに通用することができる。
The method of the present invention can be applied to all host-guest materials using an amorphous polymer or a polymer as a host, which introduces a non-centrosymmetric structure by poling.

非線形光学活性となりうる非晶性ポリマーには非線形光
学活性な部位を主鎖に有するポリマーと側鎖に有するポ
リマーがあるが、本発明の方法はいずれのポリマーにも
適用できる。前者の例としてはポリベンゾイミダゾール
、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、エ
ポキシ等がある。また、後者の例としてはポリスチレン
誘導体、ポリアルキルアクリレート誘導体、ポリアルキ
ルメタアクリレート誘導体、ポリビニルピリジン誘導体
、ポリビニルアルコール誘導体等が挙げられる。また、
非線形光学活性の向上や熱的機械的強度の向上、加工性
の向上等の目的から、上記の非晶性ポリマー同士又は上
記の非晶性ポリマーと非線形光学活性な部位を有しない
ポリマーとを混合したブレンドポリマーも本発明で言う
ポリマー系材料に含まれる。
Amorphous polymers that can exhibit nonlinear optical activity include polymers that have a nonlinear optically active site in the main chain and polymers that have a nonlinear optically active site in the side chain, and the method of the present invention can be applied to either type of polymer. Examples of the former include polybenzimidazole, polybenzothiazole, polybenzoxazole, and epoxy. Examples of the latter include polystyrene derivatives, polyalkyl acrylate derivatives, polyalkyl methacrylate derivatives, polyvinylpyridine derivatives, polyvinyl alcohol derivatives, and the like. Also,
For the purpose of improving nonlinear optical activity, improving thermal and mechanical strength, improving processability, etc., the above amorphous polymers or the above amorphous polymer and a polymer that does not have a nonlinear optically active site are mixed. Blend polymers are also included in the polymer-based materials referred to in the present invention.

本発明で言うポリマーをホストとするホスト−ゲスト系
材料には、ポリマー自体が非線形光学活性な部位を有す
る系と、ポリマー自体は非線形光学活性な部位を有せず
ポリマーゲスト低分子化合物のみが非線形光学活性な系
がある。前者のポリマーには前述した非線形光学活性と
なりうる非晶性ポリマーを用いることができる。一方、
後者には、光学的性質に優れた非晶性ポリマーであるポ
リスチレン、ポリアルキルアクリレート、ポリアルキル
メタアクリレート、ポリカーボネート、ポリアクリロニ
トリル及びこれらの共重合ポリマーを用いることかでき
る。また、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン
、ポリビニルカルバゾール、ポリアミド、ポリスルフォ
ン等はその構造中に水素結合性の極性基を有するためガ
ラス転穆温度が比較的高く、極性が強い低分子との双塔
性に優れており、かつ光学的性質も良好なことから、ホ
ストポリマーに好適である。
In the present invention, host-guest materials using a polymer as a host include systems in which the polymer itself has a nonlinear optically active site, and systems in which the polymer itself does not have a nonlinear optically active site and only the polymer guest low molecular compound is nonlinear. There are optically active systems. As the former polymer, the above-mentioned amorphous polymer capable of exhibiting nonlinear optical activity can be used. on the other hand,
For the latter, amorphous polymers with excellent optical properties such as polystyrene, polyalkyl acrylate, polyalkyl methacrylate, polycarbonate, polyacrylonitrile, and copolymers thereof can be used. In addition, polyvinylpyridine, polyvinylpyrrolidone, polyvinylcarbazole, polyamide, polysulfone, etc. have a hydrogen-bonding polar group in their structure, so their glass inversion temperature is relatively high, and they are susceptible to twin-column properties with highly polar low molecules. It is suitable as a host polymer because it has excellent properties and good optical properties.

ホスト−ゲスト系材料に用いられる非線形光学活性な低
分子化合物は、必ずしも大きな巨視的非線形光学常数d
を有している必要はないが、分子としての非線形性の尺
度である超分子分極率βが1xlO−”esu以上、好
ましくはl0X10−”esu以上であることが望まし
い。また、ホスト−ゲスト系非線形光学材料を電気光学
効果を利用した光変調、光スイッチング等に用いる場合
は材料の光吸収端が1μm以下、好ましくは0.7μm
以下でなければならない。同様に二次高調波発生に用い
る場合は吸収端が0.5μm以下、好ましくは0.3μ
m以下でなければならない。このような条件を満たす低
分子化合物についてはrNONLINEROPT[AL
 PROPERTIESOF 0RGANICMOLE
CIILES AND DRYSTALSVOL、 I
 J(ACADEMICPRESS、 ING、 19
87) に詳しく記載されている。
Nonlinear optically active low-molecular compounds used in host-guest materials do not necessarily have a large macroscopic nonlinear optical constant d.
However, it is desirable that the supramolecular polarizability β, which is a measure of molecular nonlinearity, be at least 1×10−”esu, preferably at least 10×10−”esu. In addition, when using a host-guest type nonlinear optical material for optical modulation, optical switching, etc. using electro-optic effects, the optical absorption edge of the material is 1 μm or less, preferably 0.7 μm.
Must be less than or equal to Similarly, when used for second harmonic generation, the absorption edge is 0.5 μm or less, preferably 0.3 μm.
Must be less than m. For low-molecular compounds that meet these conditions, rNONLINEROPT[AL
PROPERTIIESOF 0RGANICMOLE
CIILES AND DRYSTALS VOL, I
J(ACADEMIC PRESS, ING, 19
87) is described in detail.

また、先に我々が見いだしたカルコン及びその誘導体、
N−メトキシメチル−4−ニトロアニリン及びその誘導
体、N、N’−ビス−(4−ニトロフェニル)−メタン
ジアミン及びその誘導体、N、N’−ビス(4−メトキ
シカルボフェニル)−メタンジアミン及びその誘導体等
は短波長側に寄った吸収端と大きなβを有し、ゲスト低
分子化合物として非常に好ましい。これらの化合物の構
造等に関しては、カルコン及びカルコン誘導体は特開昭
63−239427号及び特開平1−12627号に、
N−メトキシメチル−4−二トロアニリン及びその誘導
体は特願昭63−303712号及び特願昭63−30
3713号に、N、N’−ビス−(4−ニトロフェニル
)−メタンジアミン及びその誘導体は特願昭63−20
8589及び特願昭63−219669号に、N、N’
−ビス−(4−メトキシカルボフェニル)−メタンジア
ミン及びその誘導体は特願平1−108119号に、N
、N’−ビス−(4−メトキシカルボフェニル)−メタ
ンジアミンは特願平1−175280号にそれぞれ詳し
く記載されている。
In addition, chalcone and its derivatives that we discovered earlier,
N-methoxymethyl-4-nitroaniline and its derivatives, N,N'-bis-(4-nitrophenyl)-methanediamine and its derivatives, N,N'-bis(4-methoxycarbophenyl)-methanediamine and Derivatives thereof have an absorption edge closer to the short wavelength side and a large β, and are very preferable as guest low-molecular compounds. Regarding the structures of these compounds, chalcone and chalcone derivatives are described in JP-A-63-239427 and JP-A-1-12627.
N-Methoxymethyl-4-nitroaniline and its derivatives are disclosed in Japanese Patent Application No. 63-303712 and Japanese Patent Application No. 63-30.
No. 3713, N,N'-bis-(4-nitrophenyl)-methanediamine and its derivatives are disclosed in Japanese Patent Application No. 1983-20.
8589 and Japanese Patent Application No. 63-219669, N, N'
-Bis-(4-methoxycarbophenyl)-methanediamine and its derivatives are disclosed in Japanese Patent Application No. 1-108119.
, N'-bis-(4-methoxycarbophenyl)-methanediamine are each described in detail in Japanese Patent Application No. 1-175280.

[実施例] 以下に本発明の実施例を示すが、これらは本発明の通用
の範囲を何等限定するものではないことは言うまでもな
い。
[Examples] Examples of the present invention are shown below, but it goes without saying that these do not limit the scope of the present invention in any way.

実施例1 ポリ−4−ビニルピリジン/スチレン共重合体(スチレ
ン含有量10no1%)o、agとN、N’−ビス−(
4−ニトロフェニル)−メタンジアミン0.2gをジメ
チルフォルムアミドに溶解させ10wt%の溶液を調製
した。この溶液より作製したポリ−4−ビニルピリジン
/スチレン共重合体−N、N’−ビス−(4−ニトロフ
ェニル)−メタンジアミンフィルムの熱挙動をDSCで
測定したところ、このホスト−ゲスト系材料のガラス転
移温度は98℃であった。
Example 1 Poly-4-vinylpyridine/styrene copolymer (styrene content 10no1%) o, ag and N, N'-bis-(
0.2 g of 4-nitrophenyl)-methanediamine was dissolved in dimethylformamide to prepare a 10 wt % solution. When the thermal behavior of a poly-4-vinylpyridine/styrene copolymer-N,N'-bis-(4-nitrophenyl)-methanediamine film prepared from this solution was measured by DSC, it was found that this host-guest material The glass transition temperature of was 98°C.

次いで、同じ溶液をITOを片側にコートした硝子基板
上にスピンコードし、厚さ6μの透明なフィルムを3枚
得た。これらのフィルムに105℃で3.4kVの電圧
を印加し40分間コロナポーリングを行った後、1枚は
エージングを行わずに冷却し配向を固定した。残りの2
枚は92℃でポーリング時と同じ電圧を印加しつつそれ
ぞれ2時間と5時間エージングを行い、しかる後に冷却
し配向を固定した。
The same solution was then spin-coded onto a glass substrate coated with ITO on one side to obtain three 6 μm thick transparent films. After applying a voltage of 3.4 kV to these films at 105° C. and performing corona poling for 40 minutes, one film was cooled without aging to fix the orientation. remaining 2
The sheets were aged at 92° C. for 2 hours and 5 hours, respectively, while applying the same voltage as during poling, and then cooled to fix the orientation.

この3枚のフィルムの二次の非線形光学定数dをメーカ
ーフリンジ法によって測定し、残留率を求めた。その結
果を表1に示す。これよりエージングの配向緩和の抑制
効果が明らかに認められた。
The second-order nonlinear optical constant d of these three films was measured by the manufacturer's fringe method, and the residual rate was determined. The results are shown in Table 1. From this, the effect of suppressing orientation relaxation due to aging was clearly recognized.

表  1 dl  :電界除去直後のd定数(pm/V)dr  
:120時間後のd定数(p m / V )残留率:
d、/d、X100 実施例2 0.97gのポリメチルメタクリレートと0.03gの
ディスバーズレッド19を、メチルエチルケトンに溶解
させて10wt%の溶液を調製した。この溶液より作製
したポリメチルメタクリレート−デイスパーレッド19
フイルムの熱挙動をDSCで測定したところ、このホス
ト−ゲスト系材料のガラス転移温度は62℃であった。
Table 1 dl: d constant (pm/V) dr after electric field removal
:d constant (pm/V) residual rate after 120 hours:
d,/d, Polymethyl methacrylate-Disper Red 19 made from this solution
When the thermal behavior of the film was measured by DSC, the glass transition temperature of this host-guest material was 62°C.

次いで、同じ溶液をITOを片側にコートした硝子基板
上にスピンコードし厚さ3μmの透明なフィルムを2枚
得た。これらのフィルムに70℃で3.4kVの電圧を
印加し40分間コロナポーリングを行った後、IPiは
エージングを行わずに冷却し配向を固定した。残りの1
枚は60’Cでポーリング時と同じ電圧を印加しつつ5
時間エージングを行い、しかる後に冷却し配向を固定し
た。
Next, the same solution was spin-coded onto a glass substrate coated with ITO on one side to obtain two transparent films with a thickness of 3 μm. After applying a voltage of 3.4 kV to these films at 70° C. and performing corona poling for 40 minutes, IPi was cooled without aging to fix the orientation. remaining 1
While applying the same voltage as during polling at 60'C,
Aging was performed for a certain period of time, and then the orientation was fixed by cooling.

この2枚のフィルム中でのディスバーズレッド19分子
の配向度Φを最大吸収波長λmax=480nmにおけ
る吸光度の変化から測定し残留率を求めた。ここでΦは
下記式で求められる値である。
The degree of orientation Φ of Disbird's Red 19 molecules in these two films was measured from the change in absorbance at the maximum absorption wavelength λmax=480 nm, and the residual rate was determined. Here, Φ is a value determined by the following formula.

Φ=0. 5  (3<cos’  θ〉−1)= 1
−A↓ /AO θ :ポーリング方向と分子の遷移モーメントのなす角
度 Aよ :配向したサンプルの吸光度 Ao :配向していないサンプルの吸光度なお、この測
定法に関しては前出のMortazaviらの文献に詳
細に説明されている。測定結果を表2にボす。この系に
おいてもエージングの配向緩和の抑制効果が明らかに認
められた。
Φ=0. 5 (3<cos'θ>-1)=1
-A↓ /AO θ: Angle A between the poling direction and the transition moment of the molecule: Absorbance of oriented sample Ao: Absorbance of unoriented sample Note that details regarding this measurement method can be found in the above-mentioned document by Mortazavi et al. is explained in. The measurement results are shown in Table 2. In this system as well, the effect of suppressing orientation relaxation due to aging was clearly observed.

表  2 ΦI  :電界除去直後の配向度 Φ、  :120時間後の配向度 残留率:Φr/Φ、X100 [発明の効果] 以上詳述した通り、本発明の非線形光学材料の製造法に
よれば、緩和現象を抑制し、安定で高い非線形光学常数
を有する非線形光学材料を容易かつ効率的に製作するこ
とができる。
Table 2 ΦI: Orientation degree Φ immediately after electric field removal: Orientation degree residual rate after 120 hours: Φr/Φ, X100 [Effects of the Invention] As detailed above, according to the method for producing a nonlinear optical material of the present invention , it is possible to easily and efficiently produce a nonlinear optical material that suppresses relaxation phenomena and has a stable and high nonlinear optical constant.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)非晶性ポリマー又は低分子化合物をポリマー中に
分散ないし溶解させた非晶性ポリマーに、電界又は磁界
を印加して非中心対称構造を付与し非線形光学材料を製
造するにあたり、ポリマーのガラス転移温度以上で電界
又は磁界を印加し非中心対称構造を導入した後、ガラス
転移温度未満よりも低い一定の温度で体積緩和を生じさ
せポリマーの比体積が平衡比体積に近づくまで電界又は
磁界を保持し、その後、室温まで冷却して非中心対称構
造を固定することを特徴とする非線形光学材料の製造法
(1) When manufacturing a nonlinear optical material by applying an electric or magnetic field to an amorphous polymer or an amorphous polymer in which a low-molecular-weight compound is dispersed or dissolved in the polymer, a non-centrosymmetric structure is imparted to the amorphous polymer. After introducing a non-centrosymmetric structure by applying an electric or magnetic field above the glass transition temperature, volume relaxation is caused at a certain temperature lower than the glass transition temperature, and the electric or magnetic field is applied until the specific volume of the polymer approaches the equilibrium specific volume. A method for producing a nonlinear optical material, which is characterized by holding the nonlinear optical material and then cooling it to room temperature to fix the non-centrosymmetric structure.
(2)非晶性ポリマーが主鎖に非線形光学活性な部位を
含んでいるポリマーである特許請求の範囲第1項に記載
の方法。
(2) The method according to claim 1, wherein the amorphous polymer is a polymer containing a nonlinear optically active site in its main chain.
(3)非晶性ポリマーが側鎖に非線形光学活性な部位を
含んでいるポリマーである特許請求の範囲第1項に記載
の方法。
(3) The method according to claim 1, wherein the amorphous polymer is a polymer containing a nonlinear optically active site in its side chain.
(4)低分子化合物をポリマー中に分散ないし溶解させ
た非晶性ポリマーが水素結合性の修飾基を有するビニル
ポリマーである特許請求の範囲第1項に記載の方法。
(4) The method according to claim 1, wherein the amorphous polymer in which the low molecular weight compound is dispersed or dissolved in the polymer is a vinyl polymer having a hydrogen bonding modifying group.
(5)低分子化合物をポリマー中に分散ないし溶解させ
た非晶性ポリマーがポリビニルカルバゾール又はその誘
導体である特許請求の範囲第4項に記載の方法。
(5) The method according to claim 4, wherein the amorphous polymer in which the low molecular weight compound is dispersed or dissolved in the polymer is polyvinylcarbazole or a derivative thereof.
(6)低分子化合物をポリマー中に分散ないし溶解させ
た非晶性ポリマーがポリビニルピロリドン又はその誘導
体である特許請求の範囲第4項に記載の方法。
(6) The method according to claim 4, wherein the amorphous polymer in which the low molecular weight compound is dispersed or dissolved is polyvinylpyrrolidone or a derivative thereof.
(7)低分子化合物をポリマー中に分散ないし溶解させ
た非晶性ポリマーがポリビニルピリジン又はその誘導体
である特許請求の範囲第4項に記載の方法。
(7) The method according to claim 4, wherein the amorphous polymer in which the low molecular weight compound is dispersed or dissolved in the polymer is polyvinylpyridine or a derivative thereof.
(8)低分子化合物をポリマー中に分散ないし溶解させ
た非晶性ポリマーがポリアミド又はその誘導体である特
許請求の範囲第4項に記載の方法。
(8) The method according to claim 4, wherein the amorphous polymer in which the low molecular weight compound is dispersed or dissolved is polyamide or a derivative thereof.
(9)低分子化合物をポリマー中に分散ないし溶解させ
た非晶性ポリマーがポリサルフォン又はその誘導体であ
る特許請求の範囲第4項に記載の方法。
(9) The method according to claim 4, wherein the amorphous polymer in which the low molecular weight compound is dispersed or dissolved is polysulfone or a derivative thereof.
(10)ポリマー中に分散ないし溶解させる低分子化合
物がN−メトキシメチル−4−ニトロアニリン又はその
誘導体である特許請求の範囲第1項に記載の方法。
(10) The method according to claim 1, wherein the low molecular compound to be dispersed or dissolved in the polymer is N-methoxymethyl-4-nitroaniline or a derivative thereof.
(11)ポリマー中に分散ないし溶解させる低分子化合
物がN,N’−ビス−(4−ニトロフェニル)−メタン
ジアミン又はその誘導体である特許請求の範囲第1項に
記載の方法。
(11) The method according to claim 1, wherein the low molecular compound to be dispersed or dissolved in the polymer is N,N'-bis-(4-nitrophenyl)-methanediamine or a derivative thereof.
(12)ポリマー中に分散ないし溶解させる低分子化合
物がN,N’−ビス−(4−メトキシカルボフェニル)
−メタンジアミン又はその誘導体である特許請求の範囲
第1項に記載の方法。
(12) The low molecular compound to be dispersed or dissolved in the polymer is N,N'-bis-(4-methoxycarbophenyl)
-Methanediamine or a derivative thereof.The method according to claim 1.
(13)ポリマー中に分散ないし溶解させる低分子化合
物がカルコン又はその誘導体である特許請求の範囲第1
項に記載の方法。
(13) Claim 1, wherein the low molecular compound to be dispersed or dissolved in the polymer is chalcone or a derivative thereof.
The method described in section.
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