JPH05210131A - Nonlinear optical material and optical functional element - Google Patents

Nonlinear optical material and optical functional element

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JPH05210131A
JPH05210131A JP1594292A JP1594292A JPH05210131A JP H05210131 A JPH05210131 A JP H05210131A JP 1594292 A JP1594292 A JP 1594292A JP 1594292 A JP1594292 A JP 1594292A JP H05210131 A JPH05210131 A JP H05210131A
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JP
Japan
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optical
ion
nonlinear optical
formula
organic
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Application number
JP1594292A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Imanishi
泰雄 今西
Hiroyuki Kagawa
博之 香川
Masakazu Sagawa
雅一 佐川
Yukio Kawabata
幸雄 川端
Masato Isogai
正人 磯貝
Atsushi Tsunoda
角田  敦
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a large nonlinear optical constant and short cut-off wavelength by using a specified tetrazolium salt deriv. as a medium for a nonlinear optical element. CONSTITUTION:This nonlinear optical material consists of a tetrazolium salt compd. expressed by formula. In the formula, at least one of R1, R2 and R3 is an aromatic ring, hetero ring, or org. group having a conjugated system, and others are hydrogen atoms, halogen atoms, nitro groups, amino groups, cyano groups or org. residues. Further, these may be same, different, or substd. X is an inorg. ion such as halogen ion, hypochlorous acid ion, and tosyl acid ion. In this case, the medium used is in a crystalline or noncrystaline state in a form of block, plate, fiber, powder or thin film. Other materials of different kinds or different structures may be used or mixed with this compd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光混合,光パラメトリッ
ク発振,光高調波発生,ポッケルス効果,カー効果等の
非線形光学効果に優れた有機材料を媒体に用いた非線形
光学素子に係り、特に優れた光波長変換素子,光変調
器,光スイッチ,光メモリ等の光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonlinear optical element using an organic material excellent in nonlinear optical effect such as optical mixing, optical parametric oscillation, optical harmonic generation, Pockels effect, Kerr effect, etc. The present invention relates to optical elements such as optical wavelength conversion elements, optical modulators, optical switches, and optical memories.

【0002】[0002]

【従来の技術】非線形光学素子は、2次,3次の光高調
波発生,光混合、または、光パラメトリック発振を利用
した波長変換素子として注目を集めている。また、光ス
イッチとしての光双安定素子など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して注目を集めてい
る。
2. Description of the Related Art Non-linear optical elements have been attracting attention as wavelength conversion elements utilizing second-order and third-order optical harmonic generation, optical mixing, or optical parametric oscillation. In addition, it is attracting attention as a basic element of an optical computer expected to be realized in the future, such as an optical bistable element as an optical switch.

【0003】従来、非線形光学材料として、ニオブ酸リ
チウム(LiNbO3),砒素化ガリウム(GaAs)等
の無機材料が詳細に検討されてきた。しかし、近年、そ
れらの材料に比べ、非線形光学性能が格段に大きく(十
ないし百倍)、また、光双安定素子等で重要となる光応
答速度が非常に大きい有機非線形光学材料が研究される
ようになった。
Conventionally, inorganic materials such as lithium niobate (LiNbO 3 ) and gallium arsenide (GaAs) have been studied in detail as nonlinear optical materials. However, in recent years, organic nonlinear optical materials with much higher nonlinear optical performance (10 to 100 times) than those materials and very high optical response speed, which is important for optical bistable devices, have been studied. Became.

【0004】これらの有機非線形光学材料には、尿素,
2−メチル−4−ニトロアニリン(名称MNA)(特開昭
55−500960号公報),N−(4−ニトロフェニル)−L
−プロリノール(略称NPP)(特開昭59−21665 号公
報)等が提案されている。特に、MNAやNPPは、無
機材料の百倍以上の、2次の非線形光学効果を有するこ
とが知られている。
These organic nonlinear optical materials include urea,
2-Methyl-4-nitroaniline (name MNA)
55-500960), N- (4-nitrophenyl) -L
-Prolinol (abbreviation NPP) (Japanese Patent Laid-Open No. 59-21665) has been proposed. In particular, it is known that MNA and NPP have a second-order nonlinear optical effect that is 100 times or more that of inorganic materials.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の有機非線形
光学材料は、非線形光学定数が非常に大きい反面、大き
な単結晶を得にくいこと、その結晶の安定性が悪いこ
と、光の透過性を示すカットオフ波長が長いこと、すな
わち、光吸収が可視域にあること等に問題点が存在して
いた。特に、カットオフ波長が長いという問題点は、例
えば、光2次高調波発生(SHG)波長変換素子への応用
などの実用面で考えた場合、改良すべき問題と考えられ
る。また、SHG波長変換素子に限らず、広く、可視域
での光プロセッシングを考えた場合も同様である。MN
Aでは、そのカットオフ波長は480nmであり、ま
た、NPPでは、約490nmである。したがって、現
在用いられている近赤外半導体レーザ(発振波長約80
0〜900nm)のSHG波長変換素子の材料は、好ま
しくないと考えられる。さらには近年実用化が間近い赤
色半導体レーザ(発振波長約600〜800nm)対応
のSHG波長変換素子の材料としては今日知られる有機
非線形光学材料の大部分がその長いカットオフ波長のた
めに利用することができない。
The above-mentioned conventional organic nonlinear optical material has a very large nonlinear optical constant, but on the other hand, it is difficult to obtain a large single crystal, the stability of the crystal is poor, and light transmittance is exhibited. There is a problem in that the cutoff wavelength is long, that is, the light absorption is in the visible range. In particular, the problem that the cutoff wavelength is long is considered to be a problem to be improved in practical use such as application to an optical second harmonic generation (SHG) wavelength conversion element. The same applies not only to the SHG wavelength conversion element, but also to a wide range of optical processing in the visible range. MN
In A, the cutoff wavelength is 480 nm, and in NPP, it is about 490 nm. Therefore, the near-infrared semiconductor laser currently used (oscillation wavelength of about 80
It is considered that the material of the SHG wavelength conversion element of 0 to 900 nm) is not preferable. Furthermore, most of the organic nonlinear optical materials known today as materials for SHG wavelength conversion elements for red semiconductor lasers (oscillation wavelengths of about 600 to 800 nm), which have recently been put into practical use, should be used for their long cutoff wavelengths. I can't.

【0006】このような透明性に優れた有機非線形光学
材料を開発する場合、その分子設計の方針は一分子当り
の非線形性と透明性の向上を図ることと同時に結晶状態
における分子配向の制御が重要となる。
When developing such an organic nonlinear optical material having excellent transparency, the molecular design policy is to improve nonlinearity per molecule and transparency, and at the same time control the molecular orientation in the crystalline state. It becomes important.

【0007】このうち、一分子当りの2次の非線形分極
率βは、基底状態と最も寄与の大きい励起状態をただ一
つだけ考慮する2準位モデルによると、式(1)で与え
られる。(文献:例えば、梅垣真裕『有機非線形光学材
料』ぶんしん出版(1990年)参照。)
Of these, the second-order nonlinear polarizability β per molecule is given by the equation (1) according to the two-level model in which only the ground state and the excited state having the largest contribution are considered. (Reference: See, for example, Masahiro Umegaki, "Organic Nonlinear Optical Materials," published by Bunshin (1990).)

【0008】[0008]

【数1】 [Equation 1]

【0009】ただし、eは素電荷量、hはプランク定
数、Δre は基底状態と励起状態の永久双極子モーメン
トの差、rgeは基底状態から励起状態への遷移モーメン
ト、ωegは基底状態と励起状態の振動数差、ωは入射光
の振動数である。このβを大きくするためには特にΔr
e ,regを大きくしωegを小さくする必要があるが、そ
のために基底状態と励起状態における分子内の電子分布
が大きく変化するような分子が好ましい。すなわち、分
子内電荷移動度が大きな分子ほど一分子当りの非線形性
が大きくなる。ところが、分子の透明性を示す最長吸収
スペクトルはωegをピークとしregに依存する量でその
緩和強度が示されるために、単にωegを小さくしreg
大きくしても吸収端は長くなり、化合物の透明性は低下
する。つまり、一分子当りの非線形性と透明性との間に
はトレードオフの関係があり、分子構造の設計だけでは
特性を向上させるのには限界がある。
Where e is the elementary charge, h is Planck's constant, Δr e is the difference between the permanent dipole moments of the ground and excited states, r ge is the transition moment from the ground state to the excited state, and ω eg is the ground state. And the frequency difference between excited states, and ω is the frequency of incident light. To increase this β, Δr
It is necessary to increase e and r eg and decrease ω eg . For that reason, a molecule in which the electron distribution in the molecule in the ground state and the excited state largely changes is preferable. That is, the larger the intramolecular charge mobility, the greater the non-linearity per molecule. However, the longest absorption spectrum showing the transparency of a molecule has a peak at ω eg and its relaxation intensity is shown in an amount depending on r eg. Therefore, even if ω eg is made small and r eg is made large, the absorption edge becomes long. And the transparency of the compound decreases. In other words, there is a trade-off relationship between non-linearity per molecule and transparency, and there is a limit to improving the characteristics only by designing the molecular structure.

【0010】一方、結晶状態の非線形定数は結晶の単位
胞中における分子の配向状態と密度に依存する。中心対
称性の配向状態を取る場合は一分子当りの非線形性がい
かに大きくとも結晶は非線形性を示すことができず、こ
れ以外の配向状態で結晶構造を作る必要がある。しか
し、結晶構造をあらかじめ理論的に予測することは現在
はできず、実際に新規化合物を合成し、単結晶化したも
ので非線形性を測定する必要がある。このため、一分子
当りの非線形性を結晶状態でも確実に利用できる結晶構
造となりやすい分子の設計指針が望まれている。
On the other hand, the nonlinear constant of the crystal state depends on the orientation state and density of the molecules in the unit cell of the crystal. When a centrosymmetric orientation state is adopted, the crystal cannot exhibit non-linearity no matter how large the non-linearity per molecule is, and it is necessary to form a crystal structure in any other orientation state. However, it is not currently possible to theoretically predict the crystal structure in advance, and it is necessary to actually synthesize a new compound and measure the non-linearity with a single crystal. For this reason, there is a demand for a design guideline for a molecule that tends to have a crystal structure that can surely utilize the non-linearity per molecule even in a crystalline state.

【0011】さらに、有機非線形化合物を実際の光機能
性素子に用いる場合、その単結晶作製の容易さが、デバ
イス設計上からも量産化を図る上でも必要不可欠であ
る。多くの有機非線形光学材料は弱いファンデルワール
ス力により結合した分子性結晶を形成するために、その
単結晶作製はSiやGeAsのような無機半導体の単結
晶作製に比べ温度制御や結晶育成時間等の点でより高精
度で長時間の制御性を必要とするが、多くの有機化合物
は化学的,熱的安定性で弱いものが多く長時間の結晶育
成時に化合物自身の劣化を伴う場合が多い。かつ、育成
された結晶が分子性結晶であるため、その力学的,機械
的強度は極めて弱く、光学素子として切断し研磨するこ
とが困難である。
Furthermore, when an organic nonlinear compound is used in an actual optical functional device, the ease of producing a single crystal thereof is indispensable from the viewpoint of device design and mass production. Since many organic nonlinear optical materials form molecular crystals that are bonded by weak Van der Waals forces, the single crystal production is more controlled than the single crystal production of inorganic semiconductors such as Si and GeAs. However, many organic compounds are weak in chemical and thermal stability and often deteriorate with long-term crystal growth. .. Moreover, since the grown crystal is a molecular crystal, its mechanical and mechanical strength is extremely weak, and it is difficult to cut and polish it as an optical element.

【0012】本発明の目的は、非線形光学定数が大き
く、かつ、カットオフ波長が短い、安定な有機非線形光
学材料を用いた非線形光学素子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a nonlinear optical element using a stable organic nonlinear optical material having a large nonlinear optical constant and a short cutoff wavelength.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の要旨は次の通りである。
The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.

【0014】一般式(1)General formula (1)

【0015】[0015]

【化3】 [Chemical 3]

【0016】(式中、R1,R2,R3 は、少なくとも一
つが芳香環,ヘテロ環、または共役系を有する有機基を
示し、他は水素原子,ハロゲン原子,ニトロ基,アミノ
基,シアノ基、または有機残基を示し、かつこれらは互
いに異なっていても置換されていてもよい。また、Xは
ハロゲンイオン,次亜塩素酸イオン,トシル酸イオン等
の無機および有機陰イオンを示す。)で示されるテトラ
ゾリウム塩化合物により構成したことを特徴とする非線
形光学材料にある。
(In the formula, at least one of R 1 , R 2 and R 3 represents an aromatic ring, a hetero ring, or an organic group having a conjugated system, and the others are hydrogen atom, halogen atom, nitro group, amino group, A cyano group or an organic residue, which may be different from each other or substituted, and X represents an inorganic or organic anion such as a halogen ion, a hypochlorite ion, or a tosylate ion. The non-linear optical material is characterized by being composed of a tetrazolium salt compound represented by.

【0017】一般式(2)General formula (2)

【0018】[0018]

【化4】 [Chemical 4]

【0019】(式中、R1′,R2′,R3′ は水素原
子,ハロゲン原子,ニトロ基,アミノ基,シアノ基、ま
たは有機残基を示し、かつこれらは互いに異なっていて
も置換されていてもよい。また、Xはハロゲンイオン,
次亜塩素酸イオン,トシル酸イオン等の無機および有機
陰イオンを示す。)で示されるパラ位置換フェニル基を
有するテトラゾリウム塩化合物により構成した非線形光
学材料であることが望ましい。
(In the formula, R 1 ′, R 2 ′ and R 3 ′ represent a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, an amino group, a cyano group, or an organic residue, and if they are different from each other, they are substituted. X is a halogen ion,
Inorganic and organic anions such as hypochlorite ion and tosylate ion are shown. It is desirable that the nonlinear optical material is composed of a tetrazolium salt compound having a para-substituted phenyl group represented by the formula (1).

【0020】本発明の非線形光学材料は、単体では結晶
または非結晶の状態で塊状,平板状,繊維状,粉末状,
薄膜状に形成して用いることができる。また、この形状
で、異種材料あるいは本発明の構造の異なる他の材料と
共存,混在させて用いることができる。特に、これらの
具体的応用例には、光導波路,光ケーブル,光集積回
路,表示素子等が挙げられる。
The non-linear optical material of the present invention, in a crystalline or non-crystalline state as a simple substance, is in the form of a lump, a plate, a fiber, a powder,
It can be formed into a thin film and used. Further, in this shape, different materials or other materials having different structures according to the present invention can coexist or be mixed. In particular, specific application examples of these include optical waveguides, optical cables, optical integrated circuits, and display devices.

【0021】本発明の非線形光学材料を結晶状態で用い
る場合、その結晶形成法には公知の方法が使用できる。
例えば、ブリッジマン法,温度降下法,溶媒蒸発法,溶
剤組成変化法などがある。
When the nonlinear optical material of the present invention is used in a crystalline state, a known method can be used for forming the crystal.
For example, there are the Bridgman method, the temperature drop method, the solvent evaporation method, the solvent composition change method, and the like.

【0022】さらに、共存,混在することができる他の
材料は、無機物質では、例えば、ガラス,水晶,ダイア
モンド,二酸化珪素,雲母,大理石,方解石,単結晶シ
リコン,非晶質シリコン,GaP,CdS,KDP,K
TP,ニオブ酸リチウム,臭化カリスム,ロッシェル
塩,硫酸銅,フッ化カルシウム,グラファイト,二酸化
錫,チタン酸バリウム,赤血塩,陶磁器,セラッミク
ス,ベンナイト,セメント等や金属または合金を用いる
ことができる。有機物質では、例えば、ポリカーボネー
ト,ポリスルフォン,ポリアリレート,ポリエステル,
ポリアミド,ポリイミド,ポリシロキサン,ポリエチレ
ンテレフタレート,ポリ酢酸ビニル,ポリエチレン,ポ
リプロピレン,アクリル樹脂,ポリブタジエン,ポリ塩
化ビニル,ポリ塩化ビニリデン,石油樹脂,メラミン樹
脂,エポキシ樹脂,フェノール樹脂,イソプレンゴム,
エチレン−プロピレンゴム,ノルボネン樹脂,シアノア
クリレート樹脂,スチレン樹脂及びこれらの樹脂の共重
合体、もしくは、セルロース,澱粉,キチン,寒天,絹
糸,綿糸,ナイロン糸,アルブミン,グロブリンその他
の蛋白質,木質,骨粉等が、低分子の有機物質はナフタ
レン,アントラセン等の縮合芳香族化合物,染料,顔
料,尿素,酒石酸,光学活性アミノ酸等が挙げられる。
Further, other materials which can coexist and coexist are inorganic substances such as glass, quartz, diamond, silicon dioxide, mica, marble, calcite, single crystal silicon, amorphous silicon, GaP, CdS. , KDP, K
TP, lithium niobate, charisma, Rochelle salt, copper sulfate, calcium fluoride, graphite, tin dioxide, barium titanate, red blood salt, ceramics, ceramics, bentonite, cement, etc. and metals or alloys can be used. .. Examples of organic substances include polycarbonate, polysulfone, polyarylate, polyester,
Polyamide, polyimide, polysiloxane, polyethylene terephthalate, polyvinyl acetate, polyethylene, polypropylene, acrylic resin, polybutadiene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, petroleum resin, melamine resin, epoxy resin, phenol resin, isoprene rubber,
Ethylene-propylene rubber, norbornene resin, cyanoacrylate resin, styrene resin and copolymers of these resins, or cellulose, starch, chitin, agar, silk thread, cotton thread, nylon thread, albumin, globulin and other proteins, wood, bone meal However, examples of low-molecular organic substances include condensed aromatic compounds such as naphthalene and anthracene, dyes, pigments, urea, tartaric acid, and optically active amino acids.

【0023】また、非線形光学材料は、接着,融着,電
着,蒸着,圧着,スパッタリング,MBE法,染着,溶
融成型,混練,プレス成型,溶液からの塗工等その用途
または目的に応じて各種の方法で形成することができ
る。
The non-linear optical material may be adhered, fused, electrodeposited, vapor deposited, pressure bonded, sputtered, MBE method, dyeed, melt-molded, kneaded, press-molded, coated from a solution or the like depending on its use or purpose. Can be formed by various methods.

【0024】本発明の非線形光学材料を用いた製品の形
成後に、外観,特性の向上や長寿命化のための処理を行
なってもよい。こうした後処理は熱アニーリング放射線
照射,電子線照射,光照射,電波照射,磁力線照射,超
音波照射等が挙げられるが、特に限定されない。
After forming a product using the non-linear optical material of the present invention, a treatment for improving the appearance and characteristics and extending the life may be performed. Examples of such a post-treatment include thermal annealing radiation irradiation, electron beam irradiation, light irradiation, radio wave irradiation, magnetic force line irradiation, and ultrasonic wave irradiation, but are not particularly limited.

【0025】本発明の非線形光学材料は、粉末状態でNd
-YAGレーザ光(波長1.06μm)を照射することによっ
て、光2次高調波である緑色光(波長0.53μm)を発
生させることができる。
The nonlinear optical material of the present invention is Nd in a powder state.
-By irradiating YAG laser light (wavelength 1.06 μm), it is possible to generate green light (wavelength 0.53 μm) which is the second harmonic of light.

【0026】また、単結晶の非線形光学材料は、特定の
結晶面からNd−YAGレーザ光を入射させることによ
り、コヒーレントな光2次高調波を発生させることがで
き、このような結晶をレーザ光の共振器の中に保持する
ことにより、高変換効率でコヒーレントな光2次高調波
を発生させることができる。
Further, the single crystal nonlinear optical material can generate a coherent optical second harmonic by injecting an Nd-YAG laser beam from a specific crystal plane, and such a crystal can be used as a laser beam. It is possible to generate a coherent optical second harmonic with high conversion efficiency by holding it in the resonator.

【0027】非線形光学材料をクラッド層に囲まれたコ
アとなるべき空間に充填して単結晶化することにより、
少ない入射光強度でも光2次高調波を発生させることが
できる。この場合、GaAlAs半導体レーザ(波長
0.88〜0.75μm)を光源とすると、青色光(波長
0.44〜0.37μm)を発振する短波長固体レーザを
形成することができる。クラッドおよびコアはファイバ
の形状もしくは導波路の形状のいずれにも形成すること
ができる。
By filling the non-linear optical material in the space to be the core surrounded by the cladding layer to form a single crystal,
It is possible to generate an optical second harmonic even with a small incident light intensity. In this case, when a GaAlAs semiconductor laser (wavelength 0.88 to 0.75 μm) is used as a light source, a short wavelength solid-state laser that oscillates blue light (wavelength 0.44 to 0.37 μm) can be formed. The cladding and core can be formed in either fiber or waveguide configurations.

【0028】本発明の非線形光学材料は、種々の非線形
光学効果を利用するデバイス、特に2次非線形性をはじ
めとする偶数次の非線形感受率に特徴づけられる非線形
光学等に用いられる。また、本発明の有機非線形光学素
子を用いることにより、高耐レーザ光性の共振器型光2
次高調波発生素子や、コンパクトでパワー密度の高いチ
ェレンコフ型光2次高調波発生素子が実現できる。
The non-linear optical material of the present invention is used in devices utilizing various non-linear optical effects, particularly non-linear optics characterized by even-order non-linear susceptibility including second-order non-linearity. Further, by using the organic nonlinear optical element of the present invention, the resonator type light 2 having high laser light resistance can be obtained.
It is possible to realize a second harmonic generation element and a compact and high power density Cherenkov type optical second harmonic generation element.

【0029】具体的用途は、光混合,光パラメトリック
発振,光高調波発生,ポッケルス効果,カー効果等の非
線形光学効果に優れた有機材料を媒体に用いた非線形光
学素子で、特に光波長変換素子,光変調器,光スイッ
チ,光メモリ,光混合器,光位相分別器,光位相共役
鏡,光導波路,光論理回路等の光機能素子等に応用する
ことができる。
A specific application is a nonlinear optical element using an organic material excellent in nonlinear optical effect such as light mixing, optical parametric oscillation, generation of optical harmonics, Pockels effect, Kerr effect, etc., in particular, an optical wavelength conversion element. , Optical modulators, optical switches, optical memories, optical mixers, optical phase separators, optical phase conjugate mirrors, optical waveguides, optical functional elements such as optical logic circuits.

【0030】[0030]

【作用】本発明によれば、従来の有機非線形光学材料を
用いた非線形光学素子のように、分子内の大きな双極子
モーメントのためにカットオフ波長が可視域に及んだり
反転対称性の結晶を形成する傾向が強いという難点が解
決される。また、テトラゾリウム塩骨格を分子中心に有
する構造を含む化合物から当該媒質がなるために、光非
線形分極を生じる置換基を高密度に結合させることがで
き、テトラゾリウム基を複数の光非線形分極を生じる置
換基に共通の電子授与性もしくは電子供与性を与えるた
めに、分子当たりの非線形感受率を増大させることがで
きる。さらに、この媒質が複素5員環であるテトラゾリ
ウム塩骨格を分子中心に有する構造を含む化合物からな
るために、その骨格の部分で特異的に結晶化がなされ、
かつ、イオン結合により結晶が形成されるために有機非
線形光学性の一つである光2次高調波発生にとって不可
欠な非中心対称性の結晶構造を持ち、結晶作製が容易で
熱的安定性の高い媒質からなる非線形光学素子を与える
ことができる。また、このような特性の媒質からなる非
線形光学素子を用いて、特に高耐レーザ光性を必要とす
る共振器型光2次高調波発生素子やコンパクトでパワー
密度の高いチェレンコフ型光2次高調波発生素子が実現
できる。
According to the present invention, as in a nonlinear optical element using a conventional organic nonlinear optical material, a crystal having a cutoff wavelength in the visible region or an inversion symmetry due to a large dipole moment in a molecule. The problem that the tendency to form is strong is solved. In addition, since the medium is composed of a compound containing a structure having a tetrazolium salt skeleton at the molecular center, substituents that cause optical nonlinear polarization can be bonded at high density, and the tetrazolium group can be substituted by multiple optical nonlinear polarizations. The non-linear susceptibility per molecule can be increased to give the groups a common electron donating or donating property. Furthermore, since this medium is composed of a compound containing a structure having a tetrazolium salt skeleton, which is a 5-membered heterocyclic ring, at the center of the molecule, crystallization is specifically carried out at the skeleton portion,
In addition, since a crystal is formed by ionic coupling, it has a non-centrosymmetric crystal structure, which is indispensable for optical second harmonic generation, which is one of the organic nonlinear optics. A non-linear optical element made of a high medium can be provided. Further, by using a non-linear optical element made of a medium having such characteristics, a resonator-type optical second harmonic generation element requiring particularly high laser light resistance and a compact and high power density Cerenkov-type optical second harmonic generation element A wave generating element can be realized.

【0031】[0031]

【実施例】次に本発明に係る有機非線形光学素子の実施
例について説明する。
EXAMPLES Examples of the organic nonlinear optical element according to the present invention will be described below.

【0032】<実施例1>まず、上述の構造式(1)で
表される化合物テトラゾリウム塩誘導体の一つである構
造式(3)
Example 1 First, a structural formula (3) which is one of the compound tetrazolium salt derivatives represented by the above structural formula (1).

【0033】[0033]

【化5】 [Chemical 5]

【0034】で示される塩化2,3−ビス(p−ニトロ
フェニル)−5−フェニルテトラゾリウムの、光2次高
調波発生(SHG)及び透明性を確認した結果について
説明する。
The results of confirming the optical second harmonic generation (SHG) and the transparency of the 2,3-bis (p-nitrophenyl) -5-phenyltetrazolium chloride represented by are explained below.

【0035】市販の塩化2,3−ビス(p−ニトロフェ
ニル)−5−フェニルテトラゾリウム(東京化成製)を
98%エタノールに70℃において溶解させて飽和溶液
とし、温度を70℃から−10℃まで−0.23℃ /時
間の割合で約2週間かけて徐冷し、10×5×5mm〜数
百μm角の複数の無色透明の単結晶が得られた。
Commercially available 2,3-bis (p-nitrophenyl) -5-phenyltetrazolium chloride (manufactured by Tokyo Kasei) was dissolved in 98% ethanol at 70 ° C to give a saturated solution, and the temperature was changed from 70 ° C to -10 ° C. The mixture was gradually cooled at a rate of −0.23 ° C./hour for about 2 weeks to obtain a plurality of colorless and transparent single crystals of 10 × 5 × 5 mm to several hundreds of μm square.

【0036】次に、これらの単結晶の中で1mm角以下の
大きさの比較的小さな単結晶を集めてめのう鉢で粉砕
し、ふるいにかけて粒径が100μm〜300μmの粉
末を集め、ペレット状に押し固めた。このペレットを無
蛍光スライドガラスに付着させ、その中心にQ−スイッ
チNd−YAGレーザ光(カンタレイ社製,DCR−
3,波長1.06μm,ピークパワー0.1MW,繰返し
周波数10Hz)を照射したところ、緑色の光2次高調
波が観測された。その強度は尿素粉末に同じレーザ光を
照射した場合に比べて16.7 倍であった。
Next, among these single crystals, relatively small single crystals having a size of 1 mm square or less are collected, crushed in an agate bowl, and sieved to collect powder having a particle size of 100 μm to 300 μm, and then pelletized. Compacted. This pellet was attached to a non-fluorescent slide glass, and a Q-switched Nd-YAG laser beam (Kantaray Co., DCR-
When irradiated with a wavelength of 1.06 μm, a peak power of 0.1 MW, and a repetition frequency of 10 Hz, a green second harmonic wave was observed. The intensity was 16.7 times as high as when the urea laser was irradiated with the same laser beam.

【0037】次に、この粉末の一部をエタノールに溶解
させて濃度1.0×10-5mol/lの溶液とし、分光器
(日立製作所製340型自記分光光度計)を用いて波長
200〜850nmの範囲で吸収スペクトルを測定し
た。その結果、λmax =332nm,カットオフ波長3
55nmであることがわかった。
Next, a part of this powder was dissolved in ethanol to form a solution having a concentration of 1.0 × 10 -5 mol / l, and a wavelength of 200 was obtained using a spectroscope (Hitachi 340 type self-recording spectrophotometer). The absorption spectrum was measured in the range of ˜850 nm. As a result, λ max = 332 nm, cutoff wavelength 3
It was found to be 55 nm.

【0038】<実施例2>次に、他のテトラゾリウム塩
化合物、塩化2,3−ジフェニル−5−(p−メトキシ
フェニル)テトラゾリウム、塩化2,3−ジフェニル−
5−(p−クロロフェニル)テトラゾリウム、塩化2,
3−ビス(p−エチルフェニル)−5−フェニルテトラ
ゾリウム、塩化2,3−ビス(p−メトキシフェニル)
−5−(p−シアノ)フェニルテトラゾリウムにつき上
記実施例1と同様の手続きで粉末状態の非線形光学特性
を試験した結果を表1にまとめた。実施例1に示したテ
トラゾリウム塩に比べ非線形性では劣るが透明性が向上
していることがわかる。
Example 2 Next, another tetrazolium salt compound, 2,3-diphenyl-5- (p-methoxyphenyl) tetrazolium chloride and 2,3-diphenyl chloride.
5- (p-chlorophenyl) tetrazolium chloride 2,
3-bis (p-ethylphenyl) -5-phenyltetrazolium, 2,3-bis (p-methoxyphenyl) chloride
Table 1 summarizes the results of testing the non-linear optical characteristics in the powder state for -5- (p-cyano) phenyltetrazolium in the same procedure as in Example 1 above. It can be seen that the non-linearity is inferior to the tetrazolium salt shown in Example 1, but the transparency is improved.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】<実施例3>次に、実施例1に示したテト
ラゾリウム塩化合物、塩化2,3−ビス(p−ニトロフ
ェニル)−5−フェニルテトラゾリウムを用いて、光2
次高調波発生デバイスの一つであるチェレンコフ型デバ
イスを作製した結果を示す。ガラスアンプル中に塩化
2,3−ビス(p−ニトロフェニル)−5−フェニルテ
トラゾリウム3グラムを入れ、さらに内径2μm,外径
1mm,長さ10cm,屈折率1.70 のガラス中空キャピ
ラリを立て、10-4Torrの高真空下にガラスアンプルを
封じ切った。このガラスアンプルを250℃に加熱して
塩化2,3−ビス(p−ニトロフェニル)−5−フェニ
ルテトラゾリウムを融解し、毛細管現象により中空キャ
ピラリ中に封入した。このガラスアンプルを室温まで放
冷後、真空を破り、中のキャピラリを取り出した。これ
を加熱部長1cmのミクロヒータ中を移動速度0.5cm/h
でキャピラリの一端から再融解及び再結晶を行い、キャ
ピラリ内部に最大6cmの単結晶を作製した。このキャピ
ラリの単結晶部分を2〜3mmの長さ分切断し、SHG素
子とした。この素子を図2に示したチェレンコフ型デバ
イス評価系に保持し、発振波長940nm,出力40m
Wのレーザダイオード光を単結晶内部にその一端より導
入すると、そのもう一端より波長470nmの光高調波
の青色のリングが観測された。
Example 3 Next, using the tetrazolium salt compound and 2,3-bis (p-nitrophenyl) -5-phenyltetrazolium chloride shown in Example 1, light 2 was added.
The results of fabricating a Cherenkov type device, which is one of the next harmonic generation devices, are shown. Put 3 grams of 2,3-bis (p-nitrophenyl) -5-phenyltetrazolium chloride in a glass ampoule, and set up a glass hollow capillary with an inner diameter of 2 μm, an outer diameter of 1 mm, a length of 10 cm and a refractive index of 1.70. The glass ampoule was sealed under a high vacuum of 10 −4 Torr. This glass ampoule was heated to 250 ° C. to melt 2,3-bis (p-nitrophenyl) -5-phenyltetrazolium chloride and encapsulated in a hollow capillary by a capillary phenomenon. After this glass ampoule was left to cool to room temperature, the vacuum was broken and the capillary inside was taken out. This is moved in a micro heater with a heating section length of 1 cm, moving speed 0.5 cm / h
Then, remelting and recrystallization were performed from one end of the capillary, and a single crystal with a maximum size of 6 cm was produced inside the capillary. A single crystal portion of this capillary was cut into a length of 2 to 3 mm to obtain an SHG element. This element was held in the Cherenkov type device evaluation system shown in FIG. 2, and the oscillation wavelength was 940 nm and the output was 40 m.
When the laser diode light of W was introduced into the inside of the single crystal from one end thereof, a blue ring of an optical harmonic having a wavelength of 470 nm was observed from the other end thereof.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明によれば、カットオフ波長が短
く、かつ非線形光学定数の大きい材料を用いた有機非線
形光学素子を得ることができる。
According to the present invention, it is possible to obtain an organic nonlinear optical element using a material having a short cutoff wavelength and a large nonlinear optical constant.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例で用いた光2次高調波発生の確
認のための光学系のブロック図。
FIG. 1 is a block diagram of an optical system for confirming generation of an optical second harmonic used in an example of the present invention.

【図2】本発明の実施例で用いた光2次高調波発生デバ
イスの一つであるチェレンコフ型デバイスの説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a Cherenkov type device which is one of the optical second harmonic generation devices used in the examples of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…Q−スイッチNd−YAGレーザ、2…基板、3…
試料、4…ダンパー、5…レンズ、6…赤外カットフィ
ルタ、7…モノクロメータ、8…光電子増倍管、9…ペ
ンレコーダ、10…入射光、11…反射光、12…散乱
光。
1 ... Q-switch Nd-YAG laser, 2 ... Substrate, 3 ...
Sample, 4 ... Damper, 5 ... Lens, 6 ... Infrared cut filter, 7 ... Monochromator, 8 ... Photomultiplier tube, 9 ... Pen recorder, 10 ... Incident light, 11 ... Reflected light, 12 ... Scattered light.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川端 幸雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 磯貝 正人 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 角田 敦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yukio Kawabata 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Institute, Ltd.Hitachi Research Laboratory (72) Masato Isogai 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Nitate Works Co., Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Atsushi Tsunoda 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式(1) 【化1】 (式中、R1,R2,R3 は、少なくとも一つが芳香環,
ヘテロ環、または共役系を有する有機基を示し、他は水
素原子,ハロゲン原子,ニトロ基,アミノ基,シアノ
基、または有機残基を示し、かつこれらは互いに異なっ
ていても置換されていてもよい。また、Xはハロゲンイ
オン,次亜塩素酸イオン,トシル酸イオン等の無機およ
び有機陰イオンを示す。)で示されるテトラゾリウム塩
化合物により構成したことを特徴とする非線形光学材
料。
1. A general formula (1): (In the formula, at least one of R 1 , R 2 and R 3 is an aromatic ring,
Represents a heterocyclic ring or an organic group having a conjugated system, other represents a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, an amino group, a cyano group, or an organic residue, and these may be different from each other or may be substituted. Good. X represents an inorganic or organic anion such as a halogen ion, a hypochlorite ion, or a tosylate ion. ) A non-linear optical material comprising a tetrazolium salt compound represented by the formula (1).
【請求項2】一般式(2) 【化2】 (式中、R1′,R2′,R3′ は水素原子,ハロゲン原
子,ニトロ基,アミノ基,シアノ基、または有機残基を
示し、かつこれらは互いに異なっていても置換されてい
てもよい。また、Xはハロゲンイオン,次亜塩素酸イオ
ン,トシル酸イオン等の無機および有機陰イオンを示
す。)で示されるテトラゾリウム塩化合物により構成し
たことを特徴とする非線形光学材料。
2. A general formula (2): (In the formula, R 1 ′, R 2 ′ and R 3 ′ represent a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, an amino group, a cyano group, or an organic residue, and these are different from each other and are substituted. In addition, X is a tetrazolium salt compound represented by an inorganic or organic anion such as a halogen ion, a hypochlorite ion, or a tosylate ion.), A non-linear optical material.
【請求項3】請求項1または2に記載の前記非線形光学
材料を用いた光機能素子。
3. An optical functional element using the nonlinear optical material according to claim 1 or 2.
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