JPH05273613A - 有機非線形光学材料 - Google Patents

有機非線形光学材料

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JPH05273613A
JPH05273613A JP9609392A JP9609392A JPH05273613A JP H05273613 A JPH05273613 A JP H05273613A JP 9609392 A JP9609392 A JP 9609392A JP 9609392 A JP9609392 A JP 9609392A JP H05273613 A JPH05273613 A JP H05273613A
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秀知 芦高
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泰日児 横尾
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務 末広
Kazuhiro Morita
一弘 森田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、大きな三次非線形性を示し、かつ
レーザーによる熱的、光学的損傷がなく、さらに、屈折
率変化を読み取るために種々の信号処理方法を適用でき
る非線形光学材料を提供する。 【構成】 下記一般式[I]で表されるヘキサオクタヘ
リセンを含有してなる有機非線形光学材料。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、オプトエレクトロニク
ス、光情報処理、光通信等の分野において有用な非線形
光学材料に関する。
【0002】
【従来の技術およびその問題点】非線形光学材料は、レ
ーザー光の強電界下、二次以上の非線形応答を示す材料
であって、周波数変換、発振、スイッチング等の光信号
処理において重要な素材である。特に、三次非線形光学
材料は、光が有する高速性、並列性という優れた特性を
十分に発揮させた次世代の光通信、情報処理における基
幹素材として注目されている。
【0003】この非線形光学材料のうち、有機非線形光
学材料は、従来の無機非線形光学材料に比べて高速応答
性で非線形光学定数の大きいものが存在するため、特に
重要である。三次の非線形光学効果の発現機構は、未だ
解明されていないが、例えば、大きな非局在化π電子系
を有するものが、三次の非線形特性を示すことが知られ
ている。
【0004】非局在化π電子系を有するものとして、芳
香環を直鎖状に繋げた芳香族化合物(ポリアセン)が知
られている。しかしながら、このような芳香族化合物
は、芳香環が多くなると熱的に不安定になってしまい、
また、光の吸収波長が長波長側にシフトしてしまうとい
う問題があった。
【0005】一方、三次非線形光学材料は、光の照射に
対して屈折率が変化することを利用しようとするもので
ある。この屈折率変化を読み取る方法として、例えば、
Fabry-Perrot共振器を用いて微小な屈折率変化を増幅す
る方法が提案されているが、この方法では光源の僅かな
不安定性が敏感に共振安定性に影響するので、システム
全体が極めてデリケートなものとなり、これを安定に作
動させるための高度な寸法品質精度がコスト、量産面で
の障害となっている。また、屈折率変化を増大させるた
めに極めて高いエネルギーを注入せざるを得ず、材料の
耐熱性、サーマル効果、高い注入エネルギーに情報を載
せるための技術的障壁などの問題があった。
【0006】これを改善する方法として、弱いプローブ
光の楕円偏光測定により、極めて高い感度で検出する方
法が提案されている。この方法は、強い励起光により物
質に光学的異方性を誘起して直線偏光信号光に偏光の変
化を発生させるものである。この方法では、光誘起され
た光学的異方性を利用するために励起光を円偏光とした
り、励起光の偏光方向を信号光の偏光方向から傾ける等
の工夫が必要であるため、信号処理方法に制限があっ
た。
【0007】
【問題点を解決するための手段】本発明の目的は、前記
問題点を解決し、大きな三次非線形性を示し、かつレー
ザーによる熱的、光学的損傷がなく、さらに、屈折率変
化を読み取るために種々の信号処理方法を適用できる非
線形光学材料を提供することである。
【0008】本発明は、下記一般式[I]で表されるヘ
キサチアオクタヘリセンを含有してなる有機非線形光学
材料に関する。
【0009】
【化3】
【0010】(ただし、R1 、R2 は水素原子、炭素数
1〜6の直鎖もしくは分枝状アルキル基、炭素数1〜6
の直鎖もしくは分枝状アルコキシ基、ヒドロキシ基、ニ
トロ基、シアノ基、ホルミル基、一級アミノ基、二級ア
ミノ基、三級アミノ基、ハロゲン原子のいずれか一種を
表す。)特に、屈折率変化を読み取るために種々の信号
処理方法を適用するために、上記一般式[I]で表され
るヘキサチアオクタヘリセンは光学分割された光学活性
体であることが望ましい。
【0011】上記一般式[I]で表されるヘキサチアオ
クタヘリセンの合成方法としては、特に制限はないが、
例えば、Wittig反応やSiegrist反応によ
り合成した2,5−ビス(2−チエノ[2,3−b]チ
オフェニルビニル)チエノ[2,3−b]チオフェンを
光環化することにより得られる。
【0012】ヘキサチアオクタヘリセンの合成方法の一
例を図1に示す。合成経路(1)から(2)、(3)に
ついては、S.Gronowitz,B.Persson, Acta.Chem.Scand.
21(1967)812 により合成した。また、(3)から(4)
については、A.Bugge, Acta.Chem.Scand. 22(1968)63-6
9,25(1971)27-34 により合成した。
【0013】(2)から(6)については、T.L.Carns,
B.C.Mckusick, J.Org.Chem. 15(1950)790-794, T.Kamet
ani,K.Fukumoto,Y.Nomura, Chem.Pharm. B1 6(1958)467
-472により合成した。(4)ジホルミル体と(6)ホス
ホニウム塩からWittig反応により合成した(7)
ジエテン(2,5−ビス(2−チエノ[2,3−b]チ
オフェニルビニル)チエノ[2,3−b]チオフェン)
を光環化反応により、(8)ヘキサチアオクタヘリセン
を得た。
【0014】このヘキサチアオクタヘリセンは、大きな
非局在化π電子系を有し、S含量が多いので、大きな非
線形性を示し、かつレーザーによる熱的、光学的損傷が
ないため、非線形光学材料として優れている。
【0015】本発明のヘキサチアオクタヘリセンの光学
分割された光学活性体は、キラル性を有するので直線偏
光に対し光の強度に依存して偏光面を回転させる特性を
有する。この場合、吸収スペクトル及び屈折率分散はL
偏光とR偏光に対して周波数のずれを生じる。L偏光に
対する屈折率をnL 、R偏光に対する屈折率をnR とす
ると、旋光性は(nL −nR )によって引き起こされ、
偏光回転角は、サンプル長をl、波長をλとして πl/λ(nL −nR ) となる。
【0016】次に、強い直線偏光励起により非線形な屈
折率変化が引き起こされる場合、直線偏光は左右の円偏
光の合成と考えられるので、nL 、nR の両方に作用し
て、屈折率は変化する。この非線形な屈折率変化をΔn
L 、ΔnR とすると、非線形効果による偏光回転角は、 πl/λ〔(nL −nR )−{(nL +ΔnL )−(n
R +ΔnR )}〕=πl/λ(ΔnL −ΔnR ) となる。即ち、L偏光とR偏光に対する非線形な屈折率
変化の差に応じた偏光回転が起こると考えられる。ま
た、この効果は、旋光性が大きいほど大きくなると期待
される。
【0017】したがって、本発明のヘキサチアオクタヘ
リセンの光学分割された光学活性体に直線偏光を照射す
る場合に、光の強度を変化させることにより、偏光面の
回転角の変化として検出することができる。この特性を
利用することにより、前述の楕円偏光解析の手法を用い
れば、励起光として偏光に工夫を凝らすことなく、信号
と同一方向の直線偏光でも同様の測定が行えるので、よ
り複雑な光信号処理が可能になる。
【0018】また、励起光と信号光を一本の直線偏光と
し、光の強度による自己回転により信号波形の制御が可
能である。さらに、高繰り返しパルス光源を用いること
により、高周波偏光変調素子と組み合わせてより高い感
度と精度が確保できる。したがって、光通信、光情報処
理等のデバイス材料として好適に使用できる。
【0019】
【実施例】以下に、実施例を示す。 合成例1(ジエテン(7)の合成) ホスホニウム塩(6)0.992g(2.20mmol)、ジホルミル体
(4)0.196g(1.00mmol)をジメトキシエタン20mlに加
え、水素化ナトリウム(60%)0.160g(4.00mmol)を混
合し、85℃で8時間反応させた。反応終了後、水50ml
を投入し、水洗、メタノール洗浄、ジメトキシエタン洗
浄し、得られた固体を濾別、乾燥し、0.410g(収率8
7.4%)のジエテン(7)を得た。
【0020】物性値は次の通りであった。 MS(m/e)=468(M+ ),317,153 元素分析値(C22126 として) 計算値(%);C56.37 ,H2.58,S41.05 実測値(%);C56.1 ,H2.6 ,
【0021】合成例2(ヘキサチアオクタヘリセン
(8)の合成) ジエテン(7)0.238g(0.508mmol) 、よう素86mg、ベン
ゼン4.5lを混合し、400W高圧水銀灯にて58℃で1
5時間照射した。反応終了後、反応液を濃縮し、チオ硫
酸ナトリウムでよう素を還元した後、ベンゼン抽出、硫
酸マグネシウムで脱水、濃縮し、カラム分離(活性アル
ミナ 150g/ヘキサン〜ベンゼン)し、14mg(収率
5.9%)のヘキサチアオクタヘリセン(8)を得た。
【0022】物性値は次の通りであった。 MS(m/e)=464(M+ ),430,215
【0023】合成例3(ヘキサチアオクタヘリセン
(8)の光学分割) 合成例2で得られたヘキサチアオクタヘリセン(8)を
高速液体クロマトHPLC/キラルセルOD(ダイセル
化学工業製)にて光学分割し、各々(+)、(−)体9
7%以上の光学活性体を単離した。図2にヘキサチアオ
クタヘリセン(8)のUV、HPLC、CDスペクトル
を示す。
【0024】実施例1 合成例2で得られた(±)−ヘキサチアオクタヘリセン
(8)を用いて、図3に示す偏光・非線形定数測定装置
により、三次非線形光学特性の測定を行った。光源に
は、QスイッチNd:YAGレーザー1の第3高調波
(355nm)励起による色素レーザー2を用い、この
出力光をポンプ光11とプローブ光21に分け、各々偏
光子P1、偏光子P2により直線偏光にされる。プロー
ブ光21は、試料3を通った後、検光子P3により消光
されている。ここで、ポンプ光11とプローブ光21の
偏光面を45°の角度をなすようにし、試料3に照射し
た。検光子P3を透過した光を分光器4を通して光電子
倍増管5で検出した。その結果、CS2 の数10倍の三
次非線形光学効果が認められた。
【0025】実施例2 合成例3で得られた(+)−ヘキサチアオクタヘリセン
(8)を用いて、図3に示す偏光・非線形定数測定装置
により、キラル非線形効果の測定を行った。プローブ光
21は、偏光子P2により直線偏光にされ、試料3を通
った後、検光子P3により消光されている。ここで、偏
光子P1によりプローブ光21と同一な偏光方向をもっ
た直線偏光ポンプ光11を試料3に照射したところ、キ
ラル非線形効果によるしみ出し光が検出された。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、ヘキサチアオクタヘリセンの合成方法
の一例を示す図である。
【図2】図2は、ヘキサチアオクタヘリセンのUV、H
PLC、CDスペクトルを示す図である。
【図3】図3は、偏光・非線形定数測定装置の概略図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 一弘 千葉県市原市五井南海岸8番の1 宇部興 産株式会社千葉研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式[I]で表されるヘキサチア
    オクタヘリセンを含有してなる有機非線形光学材料。 【化1】 (ただし、R1 、R2 は水素原子、炭素数1〜6の直鎖
    もしくは分枝状アルキル基、炭素数1〜6の直鎖もしく
    は分枝状アルコキシ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、シア
    ノ基、ホルミル基、一級アミノ基、二級アミノ基、三級
    アミノ基、ハロゲン原子のいずれか一種を表す。)
  2. 【請求項2】 下記一般式[I]で表されるヘキサチア
    オクタヘリセンの光学活性体を含有してなる有機非線形
    光学材料。 【化2】 (ただし、R1 、R2 は水素原子、炭素数1〜6の直鎖
    もしくは分枝状アルキル基、炭素数1〜6の直鎖もしく
    は分枝状アルコキシ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、シア
    ノ基、ホルミル基、一級アミノ基、二級アミノ基、三級
    アミノ基、ハロゲン原子のいずれか一種を表す。)
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