JPH05196977A - Nonlinear optical element - Google Patents
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- JPH05196977A JPH05196977A JP4243025A JP24302592A JPH05196977A JP H05196977 A JPH05196977 A JP H05196977A JP 4243025 A JP4243025 A JP 4243025A JP 24302592 A JP24302592 A JP 24302592A JP H05196977 A JPH05196977 A JP H05196977A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光応用技術に有効なポ
リ尿素系高分子及びこれを用いた非線形光学素子に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polyurea polymer effective for optical application technology and a non-linear optical element using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】1960年代のレーザの発見以降、強い
非線形光学特性を示す多数の無機材料が発見されてき
た。周知の無機材料として、尿素,石英,ニオブ酸リチ
ウム(LiNbO3 ),リン酸2水素カリウム(KD
P:KH2PO4),リン酸2水素アンモニウム(AD
P:NH4H2PO4 )などが挙げられる。無機材料は、
所謂分子設計が困難なため、非線形光学特性の最適化や
その他の物性の意図的な製造が出来ない。従って、分子
設計の可能な有機分子及び高分子は、非線形光学分野に
は非常に興味深いものとなっている。有機分子及び高分
子材料は大きな光学非線形性と共に、大きなレーザ光耐
性,高速応答及びある種の分野には適する軽量性などの
特性を示すため、非線形光学の分野に応用の可能性が高
い。有機共役系高分子においては、π電子系に起因する
三次非線形性が得られ、既に、ポリアセチレン,ポリ
(p−フォニレン),ポリチオフェン,ポリピロール,
フタロシアニン,ポリアニリン,ヘテロ芳香族系ラダー
ポリマ及び関連するコポリマなどの多くの共役系高分子
が検討されている。しかし、これらのうち多くの共役系
高分子は、共鳴型の非線形感受率で1/109esu程度で
あり、実用化には十分とは言えない。短波長で高い三次
非線形感受率を持つ共役系高分子は、波長変換による紫
外,近赤外の波長域の高出力レーザの製造に極めて要望
されている。BACKGROUND OF THE INVENTION Since the discovery of lasers in the 1960s, many inorganic materials have been discovered that exhibit strong nonlinear optical characteristics. Well-known inorganic materials include urea, quartz, lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium dihydrogen phosphate (KD
P: KH 2 PO 4 ), ammonium dihydrogen phosphate (AD
P: NH 4 H 2 PO 4 ) and the like. The inorganic material is
Since so-called molecular design is difficult, optimization of nonlinear optical characteristics and intentional production of other physical properties cannot be performed. Therefore, organic molecules and macromolecules that can be designed into molecules have become very interesting in the field of nonlinear optics. Organic molecules and polymer materials have characteristics such as large optical non-linearity, large laser light resistance, high-speed response, and light weight suitable for certain fields, and thus have high possibility of application in the field of non-linear optics. In organic conjugated polymers, third-order nonlinearity due to π electron system is obtained, and polyacetylene, poly (p-phenylene), polythiophene, polypyrrole,
Many conjugated polymers such as phthalocyanines, polyanilines, heteroaromatic ladder polymers and related copolymers have been investigated. However, many of these conjugated polymers have a resonance-type nonlinear susceptibility of about 1/10 9 esu, which is not sufficient for practical use. Conjugated polymers having a high third-order nonlinear susceptibility at short wavelengths are extremely demanded for producing high-power lasers in the ultraviolet and near-infrared wavelength regions by wavelength conversion.
【0003】これらに関連する既存の報告に下記があ
る。D.L.Williams 編集 「Nonlinearoptical propertie
s of organic and polymeric materials」ACS Symposiu
mSeries 第233巻,American Chemical Society,Wash
ington D.C.(1983年),T.Kobayashi 編集「Nonlin
ear optaics of organics and semiconductors」Spring
er Proceedings in Physics,第36巻,Springer−Ver
lag,Berlin(1989年)及びSPIE学会にて19
85−1990年度間に発表された論文などがある。The existing reports related to these are as follows. Edited by DL Williams "Nonlinear optical propertie
s of organic and polymeric materials '' ACS Symposiu
mSeries Volume 233, American Chemical Society, Wash
ington D. C. (1983), edited by T. Kobayashi "Nonlin
ear optaics of organics and semiconductors "Spring
er Proceedings in Physics, Volume 36, Springer-Ver
19 at lag, Berlin (1989) and the SPIE Society
There are papers published between the years 85-1990.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】三次非線形感受率は、
π電子の非局在距離や共役高分子構造のバンド間隔に敏
感に依存する。従って、Agrawal他著Physical Review
B17巻,776頁(1978年)などに例示されるよう
に、大きな三次非線形感受率は、小さなバンド間隔の共
役構造により得られやいす。A.K.Bakhsgi 及び J.Ladik
著 Soid StateCommunications,第60巻,361頁
(1986)に示されるように、アゾエテン,アジン,
メチンイミン及びアセチレン構造を有する共重合体など
は、より小さなバンド間隔を示すことが知られている。
しかし、小さなバンド間隔は吸収端の長波長化を生じ、
素子製造上好ましくない。広いバンド間隔でなお高い非
線形光学特性を実現する必要がある。The third-order nonlinear susceptibility is
It is sensitively dependent on the delocalization distance of π electrons and the band spacing of the conjugated polymer structure. Therefore, Physical Review by Agrawal et al.
As illustrated in B17, p. 776 (1978) and the like, a large third-order nonlinear susceptibility is easily obtained by a conjugate structure having a small band spacing. AKBakhsgi and J. Ladik
As shown in Soid State Communications, Volume 60, page 361 (1986), azoethene, azine,
It is known that copolymers having a methineimine and acetylene structure show smaller band intervals.
However, the small band spacing causes a longer wavelength at the absorption edge,
It is not preferable in manufacturing the device. It is necessary to realize high nonlinear optical characteristics with wide band intervals.
【0005】二次非線形光学は非中心対称性の結晶での
み観測される。例えば、p−ニトロアニリンは大きな分
子非線形超分極率を有するが、中心対称性があり、従っ
て、二次の非線形光学効果は観測されない。非中心対称
性を得るために、多くの方法が提示されている。例えば
電気的な分極とゲスト−ホスト系の混合法,水素結合,
構造規制、等がある。有機材料は、単結晶,ラングミュ
アーブロジェット膜,ゲスト−ホスト系,超格子構造、
又は電場下で分極された高分子など様々に用いることが
可能である。関係する報告としては、D.S.Chemla 及び
J.Zyss著「Nonlinear Optical Properties of Organic
Molecules and Crystals」第1及び2巻,Academic Pre
ss,(1987年)、H.S.Nalwa他著「Optical Second
−Harmonic Generation in Organic Molecular and Pol
ymeric Materials」Photochemistry and Photophysic
s,第5巻,第4章,103−105頁,CRCPress,Boc
a Raton,Florida,(1991年)等がある。同様に、
高い非線形特性と透明性を両立することは困難である。
また、実用化に際しては更に合成の容易さ,成形性,機
械的強度,化学的安定性等の諸特性が要求される。Second-order nonlinear optics is only observed in non-centrosymmetric crystals. For example, p-nitroaniline has a large molecular nonlinear hyperpolarizability, but it has centrosymmetry, so no second order nonlinear optical effect is observed. Many methods have been proposed to obtain non-centrosymmetry. For example, electrical polarization and guest-host system mixing method, hydrogen bonding,
There are structural regulations, etc. Organic materials include single crystals, Langmuir-Blodgett films, guest-host systems, superlattice structures,
Alternatively, it can be used in various ways such as a polymer polarized under an electric field. Related reports include DSChemla and
J. Zyss `` Nonlinear Optical Properties of Organic
Molecules and Crystals "Volumes 1 and 2, Academic Pre
ss, (1987), HS Nalwa et al., "Optical Second"
− Harmonic Generation in Organic Molecular and Pol
ymeric Materials '' Photochemistry and Photophysic
s, Volume 5, Chapter 4, Pages 103-105, CRCPress, Boc
a Raton, Florida, (1991) and others. Similarly,
It is difficult to achieve both high nonlinear characteristics and transparency.
In addition, various properties such as ease of synthesis, moldability, mechanical strength, and chemical stability are required for practical use.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、非線形
光学材料として使用できる、新規な有機高分子の提供に
ある。本発明の他の目的は、大きな二次及び三次非線形
光学効果を示す光学非線形性有機素材を提供するにあ
る。また、本発明は、合成が容易で、光線透過率,成型
性,機械的強度,熱酸化安定性,低毒性に優れる高分子
及び共重合体を用いた非線形光学素子を提供するにあ
る。The object of the present invention is to provide a novel organic polymer which can be used as a nonlinear optical material. Another object of the present invention is to provide an optically nonlinear organic material exhibiting a large second-order and third-order nonlinear optical effect. Another object of the present invention is to provide a non-linear optical element using a polymer and a copolymer that are easy to synthesize and are excellent in light transmittance, moldability, mechanical strength, thermal oxidation stability and low toxicity.
【0007】本発明は、光を入射する面及び出射する面
を有する非線形光学媒体を含む非線形光学素子におい
て、非線形光学媒体に繰返し単位が下記一般式(1)で
表わされるポリ尿素系高分子を用いることを特徴とする
非線形光学素子。The present invention relates to a non-linear optical element including a non-linear optical medium having a light incident surface and a light emitting surface, and a polyurea polymer whose repeating unit is represented by the following general formula (1) is added to the non-linear optical medium. A non-linear optical element characterized by being used.
【0008】[0008]
【化2】 [Chemical 2]
【0009】但し、A,Bはメチレン鎖又は置換されて
いてもよいベンゼン,ビフェニル,ターフェニル,スチ
ルベン,アゾベンゼン,ベンジリデン,ジフェニルメタ
ン,ジフェニルエーテル,ジフェニルチオエーテル,ア
クリジン,フルオレン,インドール,ヘテロ環から選ば
れる芳香環基であり、X,Yは水素原子,又は置換され
ていてもよいベンゼン,ビフェニル,ピリジン,アゾベ
ンゼン,ベンジリデンから選ばれた芳香環基である。However, A and B are methylene chains or optionally substituted benzene, biphenyl, terphenyl, stilbene, azobenzene, benzylidene, diphenylmethane, diphenylether, diphenylthioether, acridine, fluorene, indole, and an aromatic ring selected from a heterocycle. And X and Y are hydrogen atoms, or an aromatic ring group selected from optionally substituted benzene, biphenyl, pyridine, azobenzene, and benzylidene.
【0010】本発明には下記繰り返し単位を有する高分
子が使用される。Polymers having the following repeating units are used in the present invention.
【0011】[0011]
【化3】 [Chemical 3]
【0012】但し、Ar1,Ar2はベンゼン環を含む有
機基であり、Xは芳香族環を有する有機基である。Rは
メチル基またはプロピル基などのアルキル基である。However, Ar 1 and Ar 2 are organic groups having a benzene ring, and X is an organic group having an aromatic ring. R is an alkyl group such as a methyl group or a propyl group.
【0013】これらのうちで特に、下記繰り返し単位を
有することを特徴とする新規なポリ尿素系高分子が用い
られる。Among these, in particular, a novel polyurea polymer having the following repeating unit is used.
【0014】[0014]
【化4】 [Chemical 4]
【0015】但し、Ar3,Ar4は下記構造式から選ば
れた有機性基であり、Zは置換されていてもよいベンゼ
ン,ピリジン,アゾベンゼン,ベンジリデンから選ばれ
た芳香環基である。However, Ar 3 and Ar 4 are organic groups selected from the following structural formulas, and Z is an aromatic ring group selected from optionally substituted benzene, pyridine, azobenzene and benzylidene.
【0016】[0016]
【化5】 [Chemical 5]
【0017】更に、下記繰り返し単位を有することを特
徴とするポリ尿素系高分子が用いられる。Furthermore, a polyurea polymer having the following repeating unit is used.
【0018】[0018]
【化6】 [Chemical 6]
【0019】[0019]
【化7】 [Chemical 7]
【0020】但し、Zはパラ位にニトロ基,シアノ基,
カルボキシル基,カルボキシルエステル基から選ばれた
置換基を有するベンゼン,ピリジン,アゾベンゼン,ベ
ンジリデンから選ばれた芳香環基である。m,nは1以
上の整数である。However, Z is a nitro group, a cyano group,
It is an aromatic ring group selected from benzene, pyridine, azobenzene and benzylidene having a substituent selected from a carboxyl group and a carboxyl ester group. m and n are integers of 1 or more.
【0021】又、下記繰り返し単位を有することを特徴
とするポリ尿素系高分子が用いられる。Further, a polyurea type polymer having the following repeating unit is used.
【0022】[0022]
【化8】 [Chemical 8]
【0023】但し、Dは置換されていてもよいベンゼ
ン,ビフェニル,ターフェニル,スチルベン,アゾベン
ゼン,ベンジリデン,アクリジン,フルオレン,インド
ール,ヘテロ環から選ばれる芳香環基であり、Eはジフ
ェニルメタン,ジメチルジフェニル,ジメトキシジフェ
ニル,m−キシレン,トリレンから選ばれた有機性基で
ある。However, D is an aromatic ring group selected from optionally substituted benzene, biphenyl, terphenyl, stilbene, azobenzene, benzylidene, acridine, fluorene, indole and heterocycle, and E is diphenylmethane, dimethyldiphenyl, It is an organic group selected from dimethoxydiphenyl, m-xylene and tolylene.
【0024】更に、上記高分子の構造中に1,3,5−
トリアジン環,珪素原子、あるいは有機金属化合物を含
むことを特徴とする新規なポリ尿素系高分子組成物が用
いられる。Further, in the structure of the above polymer, 1,3,5-
A novel polyurea-based polymer composition containing a triazine ring, a silicon atom, or an organometallic compound is used.
【0025】上記の高分子は分子量100ないし55
0,000 であることが望ましい。The above polymer has a molecular weight of 100 to 55.
It is desirable that it is 000.
【0026】上記の高分子は膜厚1乃至500μで用い
られることが望ましい。The above polymer is preferably used in a film thickness of 1 to 500 μ.
【0027】これらの高分子は、従来の性能を大幅に上
回る、二次非線形光学素子,三次非線形光学素子,電気
光学素子,レーザ周波数変換素子,光スイッチ,光変調
素子,光導波路,四波混合器、あるいは、光双安定素子
として使用できる。These polymers are far superior to conventional performances in that they are second-order nonlinear optical elements, third-order nonlinear optical elements, electro-optical elements, laser frequency conversion elements, optical switches, optical modulators, optical waveguides, four-wave mixing. It can be used as an optical bistable device.
【0028】本発明の化合物はジアニリノ化合物あるい
は芳香族ジアミノ化合物と芳香族ジイソシアネートをs
ym−テトラクロロエタン中で縮合する等の既存の手法
に従って合成される。例えば、大石、外(Y.Ohishi,et
al)、Journal of PolymerScience,Polymer Chemistr
y ed.,第25巻、2185頁(1987年)、又は、
高橋、外(Y.Takahashi,et al)、Japanese Journal of
Applied Physics,第28巻、L2245頁(1989
年)などに記載されている方法が利用できる。本発明に
より、共役系を有する置換されたポリ尿素部分を有する
ランダム共重合高分子を形成できる。例えば、下記のよ
うなジアミノ共役系構造にジイソシアネートを縮合する
反応にて、下記構造式を繰り返し単位とする共役共重合
高分子が合成される。The compound of the present invention comprises a dianilino compound or an aromatic diamino compound and an aromatic diisocyanate.
It is synthesized according to existing methods such as condensation in ym-tetrachloroethane. For example, Oishi, outside (Y.Ohishi, et
al), Journal of PolymerScience, Polymer Chemistr
y ed., 25, 2185 (1987), or
Takahashi, Outside (Y.Takahashi, et al), Japanese Journal of
Applied Physics, 28, L2245 (1989)
The method described in (Year) etc. can be used. According to the present invention, a random copolymer having a substituted polyurea moiety having a conjugated system can be formed. For example, a conjugated copolymer polymer having the following structural formula as a repeating unit is synthesized by a reaction of condensing diisocyanate with the following diamino conjugated system structure.
【0029】[0029]
【化9】 [Chemical 9]
【0030】ここで、Dは置換されていてもよいベンゼ
ン,ピリジン,ビフェニル,ターフェニル,スチルベ
ン,ナフタレン,アントラセン,フェナントレン,ベン
ジジン,アゾベンゼン,ベンジリデン,アクリジン,フ
ルオレン,インドール,ヘテロ環から選ばれる芳香環基
であり、OCN−E−NCOは4,4′−ジフェニルメ
タンジイソシアネート、3,3′−ジメチルジフェニル
−4,4′−ジイソシアネート、3,3′−ジメトキシ
ジフェニル−4,4′−ジイソシアネート、m−キシレ
ン−α,α′−ジイソシアネート等である。Here, D is an optionally substituted aromatic ring selected from benzene, pyridine, biphenyl, terphenyl, stilbene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, benzidine, azobenzene, benzylidene, acridine, fluorene, indole and heterocycle. OCN-E-NCO is 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate, 3,3'-dimethoxydiphenyl-4,4'-diisocyanate, m- Xylene-α, α'-diisocyanate and the like.
【0031】本発明に用いられる高分子の繰返し構造単
位を以下例示するが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、また、他の周知の高分子、たとえば、ポリスチ
レン,ポリメタクリレート,ポリアクリレート,ポリア
ジンとの共重合体も本発明に含まれる。Examples of the repeating structural unit of the polymer used in the present invention are shown below, but the present invention is not limited thereto, and other well-known polymers such as polystyrene, polymethacrylate and polyacrylate are also not limited thereto. Copolymers with polyazine are also included in the present invention.
【0032】[0032]
【化10】 [Chemical 10]
【0033】[0033]
【化11】 [Chemical 11]
【0034】[0034]
【化12】 [Chemical 12]
【0035】[0035]
【化13】 [Chemical 13]
【0036】[0036]
【化14】 [Chemical 14]
【0037】ここで、Ar5 は下記構造式より選ばれる
芳香性基である。Here, Ar 5 is an aromatic group selected from the following structural formulas.
【0038】[0038]
【化15】 [Chemical 15]
【0039】本発明には、下記繰返し単位の高分子が用
いられる。Polymers having the following repeating units are used in the present invention.
【0040】[0040]
【化16】 [Chemical 16]
【0041】ここで、Ar6 は下記構造式より選ばれる
有機基である。Here, Ar 6 is an organic group selected from the following structural formulas.
【0042】[0042]
【化17】 [Chemical 17]
【0043】本発明には、下記繰返し単位の高分子が用
いられる。Polymers having the following repeating units are used in the present invention.
【0044】[0044]
【化18】 [Chemical 18]
【0045】ここで、Ar7 は下記構造式より選ばれる
有機基である。Here, Ar 7 is an organic group selected from the following structural formulas.
【0046】[0046]
【化19】 [Chemical 19]
【0047】本発明には、下記繰返し単位の高分子が用
いられる。Polymers having the following repeating units are used in the present invention.
【0048】[0048]
【化20】 [Chemical 20]
【0049】本発明には種々の電荷移動性置換基が使用
され、これらは、上述した本発明の化合物の適当な位置
に適宜導入される。但し、本発明はこれらに限定される
ものではない。電子吸引性置換基としては、ニトロ基,
ニトリル基,カルボキシル基,−CONH2 などのアミ
ド基,アルデヒド基,−SO2R ,アセチル基,−SO
2NH2、その他−NH3 がある。電子供与性置換基とし
ては、アミノ基,アルキルアミノ基,ジアルキルアミノ
基,−F,−Cl,−Br,−Iなどのハロゲン基,メ
チル基,エチル基などのアルキル基,水酸基,アセトア
ミド基,メトキシ基,エトキシ基,フエニル基などのア
リル基などがある。Various charge transfer substituents are used in the present invention, and these are appropriately introduced at appropriate positions in the above-mentioned compound of the present invention. However, the present invention is not limited to these. As the electron-withdrawing substituent, a nitro group,
Nitrile group, a carboxyl group, an amido group such as -CONH 2, an aldehyde group, -SO 2 R, an acetyl group, -SO
2 NH 2 and others —NH 3 . Examples of the electron-donating substituent include an amino group, an alkylamino group, a dialkylamino group, a halogen group such as -F, -Cl, -Br, and -I, an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, a hydroxyl group, an acetamide group, Examples include allyl groups such as methoxy, ethoxy, and phenyl groups.
【0050】本発明の高分子組成物は、溶液塗工,スピ
ンコート,成型等の既存の各種の方法により、膜厚1な
いし500μの連続したフィルム若しくはコーティング
に成型できる。又、反応条件の制御により分子量は10
0ないし550,000 の範囲に製造できる。The polymer composition of the present invention can be molded into a continuous film or coating having a film thickness of 1 to 500 μm by various existing methods such as solution coating, spin coating and molding. Also, the molecular weight is 10 by controlling the reaction conditions.
It can be produced in the range of 0 to 550,000.
【0051】本発明の高分子組成物は、良好な光線透過
性,大気及び不活性ガス雰囲気中で優れた熱安定性を示
す。更に、高い二次及び三次非線形光学特性を示し、特
に三次非線形光学性は共役部分の増大と共に増大する結
果が、共重合高分子を用いた実験にて確認されている。The polymer composition of the present invention exhibits good light transmittance and excellent thermal stability in the atmosphere and an inert gas atmosphere. Further, it has been confirmed in experiments using a copolymerized polymer that it exhibits high second-order and third-order nonlinear optical properties, and particularly that the third-order nonlinear optical property increases with an increase in conjugated moieties.
【0052】本発明の高分子を、80℃付近に加熱した
条件にて酸化錫透明基板上に塗布して薄膜を形成し、コ
ロナポーリング出来る。電場は材料の放電破壊特性に応
じて、4ないし8kWが使用でき、加熱はガラス転移点
の5ないし10℃高温が望ましい。ポーリングの時間は
2ないし4時間である。The polymer of the present invention can be applied to a tin oxide transparent substrate under a condition of heating at about 80 ° C. to form a thin film, and corona poling can be performed. An electric field of 4 to 8 kW can be used depending on the discharge breakdown characteristics of the material, and heating is preferably performed at a high temperature of 5 to 10 ° C., which is the glass transition point. The polling time is 2 to 4 hours.
【0053】三次非線形感受率は、Nd−YAGレーザ
の基本波(1.064ないし2.1μ)を光源として、メー
カフリンジ法にて測定できる。The third-order nonlinear susceptibility can be measured by the maker fringe method using the fundamental wave (1.064 to 2.1 μ) of the Nd-YAG laser as a light source.
【0054】本発明に関わる周知の非線形光学素子の例
として、図1に示すものがある。光源1の出力光6を半
透過鏡2を介して、本発明に記載のポリアジン系高分子
の非線形光学媒体試料3に照射し、半透過鏡4,偏光板
5を経て、出力光7を得る。ここで、半透過鏡2及び4
を使用光に適合した共鳴位置に設置する周知の技術によ
り、出力光を入射光に対して光演算に有効な非線形応答
又は双安定動作を可能とできる。同様に図2に示すよう
に、半透過鏡8,9及び反射鏡10を経た帰還光11を
利用してより効率的に動作させることもできる。又、図
3に示すように入射光を光線6及び12の和とし、一方
をポンプ光、他方をプローブ光として光演算することも
出来る。光源1としては、既存のすべての光源が使用で
きるが、例えば三次高調波発生にはYAGレーザ光1.
06μm の光パラメトリック発振に基づく1.9ないし
2.1μmの光が用いられる。An example of a well-known nonlinear optical element related to the present invention is shown in FIG. The output light 6 of the light source 1 is applied to the nonlinear optical medium sample 3 of the polyazine-based polymer described in the present invention through the semi-transmissive mirror 2, and the output light 7 is obtained through the semi-transmissive mirror 4 and the polarizing plate 5. . Here, the semitransparent mirrors 2 and 4
By the well-known technique of installing the light at a resonance position suitable for the used light, it is possible to enable the output light to have a non-linear response or a bistable operation that is effective for optical calculation with respect to the incident light. Similarly, as shown in FIG. 2, the feedback light 11 that has passed through the semi-transmissive mirrors 8 and 9 and the reflecting mirror 10 can be used to operate more efficiently. Further, as shown in FIG. 3, the incident light may be the sum of the light rays 6 and 12, one of which is the pump light and the other of which is the probe light for optical calculation. As the light source 1, all existing light sources can be used. For example, YAG laser light 1.
Light of 1.9 to 2.1 μm based on an optical parametric oscillation of 06 μm is used.
【0055】[0055]
【実施例】以下実施例を用いて、本発明の効果を更に具
体的に説明する。EXAMPLES The effects of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples.
【0056】〈実施例1〉1.30gのα,α′−ジア
ニリノ−p−キシレンと1.13gの4,4′−ジフェ
ニルメタンジイソシアネートを8mlのsym−テトラ
クロロエタン中で、窒素雰囲気下で80℃,12時間縮
合した。得られた粘調な溶液をクロロホルムで稀釈し、
300mlのメタノール中に拡散して、得た沈殿を濾過
後60℃で真空乾燥した。収量1.0g 。繰返し単位が
下記構造式のN−フェニルポリ尿素である。最大吸収波
長(λmax )258nm、ガラス転移点125℃であ
り、空気中では、290℃付近より熱分解した。この高
分子をクロロホルムにより溶液として塗工した薄膜をポ
ーリングしたところ、良好な二次高調波発生を確認し
た。Example 1 1.30 g of α, α'-dianilino-p-xylene and 1.13 g of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate in 8 ml of sym-tetrachloroethane at 80 ° C. under nitrogen atmosphere. , Condensed for 12 hours. The resulting viscous solution was diluted with chloroform,
The precipitate was dispersed in 300 ml of methanol, and the obtained precipitate was filtered and dried in vacuum at 60 ° C. Yield 1.0g. The repeating unit is N-phenyl polyurea having the following structural formula. It had a maximum absorption wavelength (λmax) of 258 nm and a glass transition point of 125 ° C., and was thermally decomposed in the air from around 290 ° C. When a thin film coated with this polymer as a solution in chloroform was poled, good second harmonic generation was confirmed.
【0057】[0057]
【化21】 [Chemical 21]
【0058】〈実施例2〉p−ニトロアニリンとホルム
アルデビドから合成したジ(p−ニトロフェニルアミ
ノ)メタン1.30gと1.13gの4,4′−ジフェニ
ルメタンジイソシアネートを8mlのsym−テトラク
ロロエタン中で、室温で二時間重合し、一昼夜放置して
沈殿を形成して、濾過後60℃で真空乾燥した。収量
1.30g 。繰返し単位が下記構造式のp−ニトロアニ
リンをグラフトしたポリ尿素である。最大吸収波長(λ
max )390nm。この高分子を塗工した薄膜をポーリ
ングしたところ、良好な二次高調波発生を確認した。Example 2 1.30 g of di (p-nitrophenylamino) methane synthesized from p-nitroaniline and formaldehyde, and 1.13 g of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate in 8 ml of sym-tetrachloroethane. The mixture was polymerized at room temperature for 2 hours, left standing overnight to form a precipitate, filtered, and dried under vacuum at 60 ° C. Yield 1.30g. The repeating unit is polyurea grafted with p-nitroaniline having the following structural formula. Maximum absorption wavelength (λ
max) 390 nm. When a thin film coated with this polymer was poled, good second harmonic generation was confirmed.
【0059】[0059]
【化22】 [Chemical formula 22]
【0060】〈実施例3〉2−アニリノ−4−アミノア
ニリノ−6−アミノフェニル−1,3,5−トリアジン
と芳香族ジイソシアネートをジメチルアセトアミド中で
縮合して、1,3,5−トリアジン環を有するポリ尿素
を得た。合成の詳細は、J.K.Lin 外:Journal of Polym
er Science,第40巻、2113頁(1990年)記載
の方法に従った。この高分子のガラス転移点はほぼ20
0℃であり、300℃までは安定であった。又、これら
高分子は、ジメチルフォルムアミド,ジメチルアセトア
ミド,ジメチルスルフォキシド及びN−メチル−2−ピ
ロリドンに溶解し、成膜可能であった。Example 3 2-anilino-4-aminoanilino-6-aminophenyl-1,3,5-triazine was condensed with aromatic diisocyanate in dimethylacetamide to form a 1,3,5-triazine ring. A polyurea having was obtained. For details of synthesis, see JKLin: Journal of Polym.
er Science, 40, 2113 (1990). The glass transition point of this polymer is about 20.
It was 0 ° C. and was stable up to 300 ° C. Further, these polymers were dissolved in dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and N-methyl-2-pyrrolidone to form a film.
【0061】〈実施例4〉p−キシレンジアミンとp−
フルオロニトロベンゼンより合成した1.7g のα,
α′−ジニトロアニリノ−p−キシレンと1.13g の
4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートをジメチ
ルホルムアミド中で重合した。収量2.0g。繰返し単
位が下記構造式のp−ニトロアニリンをグラフトしたポ
リ尿素である。最大吸収波長(λmax )378nm。こ
の高分子は、p−ニトロアニリンに類似した構造の側鎖
を有し、非線形光学特性に活性であった。Example 4 p-Xylenediamine and p-
1.7 g of α, synthesized from fluoronitrobenzene,
α'-Dinitroanilino-p-xylene and 1.13 g of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate were polymerized in dimethylformamide. Yield 2.0g. The repeating unit is polyurea grafted with p-nitroaniline having the following structural formula. Maximum absorption wavelength (λmax) 378 nm. This polymer had a side chain with a structure similar to p-nitroaniline, and was active for nonlinear optical properties.
【0062】[0062]
【化23】 [Chemical formula 23]
【0063】〈実施例5〉2−メチル−4−ニトロアニ
リンとホルムアルデヒドから合成したジ(2−メチル−
4−ニトロフェニルアミノ)メタンと4,4′−ジフェ
ニルメタンジイソシアネートを重合し、繰返し単位が下
記構造式のポリ尿素を得た。最大吸収波長(λmax )3
90nm。この高分子を塗工した薄膜をポーリングした
ところ、良好な二次高調波発生を確認した。Example 5 Di (2-methyl-) synthesized from 2-methyl-4-nitroaniline and formaldehyde.
4-Nitrophenylamino) methane and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate were polymerized to obtain polyurea having a repeating unit of the following structural formula. Maximum absorption wavelength (λmax) 3
90 nm. When a thin film coated with this polymer was poled, good second harmonic generation was confirmed.
【0064】[0064]
【化24】 [Chemical formula 24]
【0065】〈実施例6〉4−アミノ安息香酸メチルと
ホルムアルデヒドから合成したジ(4−カルボキシメチ
ルフェニルアミノ)メタンと4,4′−ジフェニルメタ
ンジイソシアネートを重合し、繰返し単位が下記構造式
のポリ尿素を得た。最大吸収波長(λmax )310nm。
この高分子を塗工した薄膜をポーリングしたところ、良
好な二次高調波発生を確認した。Example 6 Polyurea having a repeating unit of the following structural formula was prepared by polymerizing di (4-carboxymethylphenylamino) methane synthesized from methyl 4-aminobenzoate and formaldehyde and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate. Got Maximum absorption wavelength (λ max) 310 nm.
When a thin film coated with this polymer was poled, good second harmonic generation was confirmed.
【0066】[0066]
【化25】 [Chemical 25]
【0067】〈実施例7〉2−アミノ−5−ニトロピリ
ジンとホルムアルデヒドから合成したジ(2−ニトロ−
2−ピリジルアミノ)メタンと4,4′−ジフェニルメ
タンジイソシアネートを重合し、繰返し単位が下記構造
式のポリ尿素を得た。最大吸収波長(λmax )310n
m。この高分子を塗工した薄膜をポーリングしたとこ
ろ、良好な二次高調波発生を確認した。Example 7 Di (2-nitro-) synthesized from 2-amino-5-nitropyridine and formaldehyde
2-Pyridylamino) methane and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate were polymerized to obtain polyurea having a repeating unit of the following structural formula. Maximum absorption wavelength (λmax) 310n
m. When a thin film coated with this polymer was poled, good second harmonic generation was confirmed.
【0068】[0068]
【化26】 [Chemical formula 26]
【0069】〈実施例8〉本願に含まれる下記繰返し単
位に示すN−フェニルポリ尿素2種(各々a)及びb)
よりなる重合体)を80℃の温度条件でスピンコートし
フィルムを作製した。次に130℃の温度条件で、6な
いし8kVの電場で、60分かけてポーリングを行っ
た。このフィルムに対し、パルス幅10ns、繰返し周
期10HzのNd:YAGレーザ光(1.06μm )を
光源として、メーカーフリンジ法で2次非線形光学定数
dを測定した。測定は石英d11=1.19×10-9esuを
標準とした。表1に示す非線形光学定数が得られ、本願
の高分子が透明性のみならず非線形光学特性にも優れる
ことが判明した。なお、d33及びd31の比は一方向への
配向より予測される1/3の値に近く実験の確実性を確
認した。また、吸収端に相当するカットオフ波長はいず
れも短波長で、特に化合物#1は307nmと従来を大
幅に短縮する値を示した。Example 8 Two kinds of N-phenylpolyureas (each a) and b) shown in the following repeating units contained in the present application.
Of a polymer) was spin-coated at a temperature of 80 ° C. to prepare a film. Next, under the temperature condition of 130 ° C., poling was performed in an electric field of 6 to 8 kV for 60 minutes. The second-order nonlinear optical constant d of this film was measured by the maker fringe method using Nd: YAG laser light (1.06 μm) with a pulse width of 10 ns and a repetition period of 10 Hz as a light source. In the measurement, quartz d 11 = 1.19 × 10 -9 esu was used as a standard. The nonlinear optical constants shown in Table 1 were obtained, and it was found that the polymer of the present application is excellent not only in transparency but also in nonlinear optical characteristics. The ratio of d 33 and d 31 was close to the value of 1/3 predicted from the orientation in one direction, and the reliability of the experiment was confirmed. Further, the cut-off wavelengths corresponding to the absorption edge are all short wavelengths, and particularly Compound # 1 shows a value of 307 nm, which is a value that is significantly shorter than the conventional value.
【0070】[0070]
【化27】 [Chemical 27]
【0071】[0071]
【化28】 [Chemical 28]
【0072】[0072]
【表1】 [Table 1]
【0073】〈実施例9〉下記に示す繰返し単位よりな
る本発明のポリ尿素(c),d),e)及びf)よりな
る重合体)の特性測定結果を表2に示す。いずれも高い
分解温度,非線形特性と透明性を示し、本発明の効果は
明らかである。Example 9 Table 2 shows the results of characteristic measurement of the polymer) of the polyureas (c), d), e) and f) of the present invention having the repeating units shown below. Both show high decomposition temperature, non-linear characteristics and transparency, and the effect of the present invention is clear.
【0074】[0074]
【化29】 [Chemical 29]
【0075】[0075]
【表2】 [Table 2]
【0076】[0076]
【発明の効果】本発明の新規なポリ尿素系高分子によ
り、非線形光学特性に優れた実用素子に適用可能な材料
が得られた。By the novel polyurea polymer of the present invention, a material which has excellent nonlinear optical characteristics and can be applied to a practical device is obtained.
【図1】本発明の第一の実施例の非線形光学素子の説明
図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a nonlinear optical element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第二の実施例の非線形光学素子の説明
図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a nonlinear optical element according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第三の実施例の非線形光学素子の説明
図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a nonlinear optical element according to a third embodiment of the present invention.
1…光源、2,4,8,9…半透過鏡、3…非線形光学
媒体、5…偏光板、6…入射光、7…出力光。1 ... Light source, 2, 4, 8, 9 ... Semi-transmissive mirror, 3 ... Non-linear optical medium, 5 ... Polarizing plate, 6 ... Incident light, 7 ... Output light.
Claims (20)
非線形光学媒体を含む非線形光学素子において、前記非
線形光学媒体に繰返し単位が下記一般式(1)で表わさ
れる繰返し結合単位を有するポリ尿素系高分子を用いる
ことを特徴とする非線形光学素子。 【化1】 (但し、A,Bはメチレン鎖又は置換されていてもよい
ベンゼン,ビフェニル,ターフェニル,スチルベン,ア
ゾベンゼン,ベンジリデン,ジフェニルメタン,ジフェ
ニルエーテル,ジフェニルチオエーテル,アクリジン,
フルオレン,インドール,ヘテロ環から選ばれる芳香環
基であり、X,Yは水素原子、又は置換されていてもよ
いベンゼン,ビフェニル,ピリジン,アゾベンゼン,ベ
ンジリデンから選ばれた芳香環基である)。1. A non-linear optical element including a non-linear optical medium having a light incident surface and a light emitting surface, wherein the non-linear optical medium has a repeating unit having a repeating coupling unit represented by the following general formula (1). A non-linear optical element characterized by using a polyurea-based polymer. [Chemical 1] (However, A and B are methylene chain or optionally substituted benzene, biphenyl, terphenyl, stilbene, azobenzene, benzylidene, diphenylmethane, diphenyl ether, diphenyl thioether, acridine,
An aromatic ring group selected from fluorene, indole, and a heterocycle, and X and Y are hydrogen atoms, or an aromatic ring group selected from optionally substituted benzene, biphenyl, pyridine, azobenzene, and benzylidene).
基,シアノ基,カルボキシル基,カルボキシルエステル
基から選ばれた置換基を用いる非線形光学素子。2. The non-linear optical element according to claim 1, wherein X is a substituent selected from a nitro group, a cyano group, a carboxyl group and a carboxyl ester group at the para position.
系高分子を用いることを特徴とする非線形光学素子。3. A non-linear optical element comprising a polyurea-based polymer containing a 1,3,5-triazine ring.
いることを特徴とする非線形光学素子。4. A non-linear optical element comprising a polyurea-based polymer containing a silicon atom.
素系高分子を用いることを特徴とする非線形光学素子。5. A non-linear optical element comprising a polyurea polymer having a molecular weight of 100 to 550,000.
子を用いることを特徴とする非線形光学素子。6. A non-linear optical element comprising a polyurea polymer containing an organometallic compound.
る二次非線形光学素子。7. A second-order nonlinear optical element characterized by using a polyurea-based polymer.
る三次非線形光学素子。8. A third-order nonlinear optical element comprising a polyurea-based polymer.
クロンの薄膜構造体を用いることを特徴とする非線形光
学素子。9. A non-linear optical element comprising a thin film structure of polyurea polymer having a thickness of 1 to 500 μm.
基本骨格を有するポリ尿素系高分子を用いることを特徴
とする非線形光学素子。10. A non-linear optical element using a polyurea-based polymer having a conjugated basic skeleton having a multiple quantum well structure at room temperature and high temperature.
用いることを特徴とする非線形光学素子。11. A non-linear optical element using a polyurea-based polymer that gives a superlattice structure.
素系高分子の無処理又はポーリングした非線形光学媒体
よりなることを特徴とする非線形光学素子。12. A non-linear optical element comprising a non-treated or poled non-linear optical medium of a polyurea-based polymer having a non-linear optical functional portion.
する電気光学素子。13. An electro-optical element comprising a polyurea-based polymer.
するレーザ周波数変換素子。14. A laser frequency conversion device using a polyurea-based polymer.
使用した光電変調素子。15. A photoelectric modulation element using a non-linear medium composed of a polyurea-based polymer.
使用した光導波路。16. An optical waveguide using a non-linear medium composed of a polyurea polymer.
使用した4波混合器。17. A four-wave mixer using a non-linear medium composed of a polyurea-based polymer.
使用した光双安定素子。18. An optical bistable device using a non-linear medium composed of a polyurea-based polymer.
た熱電性,圧電性または強誘電性素子。19. A thermoelectric, piezoelectric or ferroelectric element using a medium made of polyurea polymer.
下のカットオフ波長を有する媒体を使用した非線形光学
素子。20. A non-linear optical element using a medium made of a polyurea polymer and having a cutoff wavelength of 400 nm or less.
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JPH04362618A (en) * | 1991-06-10 | 1992-12-15 | Ulvac Japan Ltd | Organic nonlinear optical material and production thereof |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP4243025A patent/JP2789957B2/en not_active Expired - Fee Related
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