JPH05297426A

JPH05297426A - 非線形光学材料および非線形光学装置

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Publication number: JPH05297426A
Application number: JP10142392A
Authority: JP
Inventors: Toshikuni Kaino; 俊邦戒能; Takashi Kurihara; 栗原　　隆; Ryuichi Yamamoto; 隆一山本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】使用波長範囲が広く、高速応答性を有し、か
つ動作入力光強度が小さい、実用に供し得る高効率非線
形光学材料およびこれを用いた高性能非線形光学装置を
提供する。【構成】非線形光学材料はドナー性を有する複素芳香
環とアクセプター性を有する複素芳香環とから構成され
るπ電子共役高分子である。また、非線形光学装置１０
はこの非線形光学材料からなる光学媒質２０と、誘電体
多層蒸着ミラー２３Ａ，２３Ｂのような光学素子とを備
える。このドナー性を有する複素芳香環はチオフェン
が、アクセプター性を有する複素芳香環はピリジンが好
ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理や光通信シ
ステムにおいて、将来的にさらに重要性を増す光スイッ
チや光メモリに用いられる非線形光学材料に関する。本
発明は、また、光スイッチや光メモリから構成される光
信号演算処理装置などの非線形光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非線形光学効果とは、物質に光が入射し
たときに、物質の電気分極Ｐが、下式

【０００３】

【数１】Ｐ＝χ⁽¹⁾ Ｅ＋χ⁽²⁾ Ｅ² ＋χ⁽³⁾ Ｅ³ ＋・・・（１）で表されるのに対し、第２項以降の項により発現する効
果を言う。ここに、χ⁽ⁱ⁾ はｉ次の電気感受率、Ｅは光
の電界強度である。特に、式（１）の第２項による第２
高調波発生（ＳＨＧ）や第３項による第３高調波発生
（ＴＨＧ）は波長変換効果としてよく知られているが、
第３項はまた、光強度に応じた光学定数の変化、例えば
非線形屈折率効果や非線形吸収効果を与えるものとして
重要である。例えば、非線形屈折率効果は物質の屈折率
ｎが入射光強度に比例して変化するものであり、ｎ＝ｎ
₀ ＋ｎ₂ Ｉで記述される（ｎ₀ は定数、ｎ₂ は非線形屈
折率係数である）。この効果を示す非線形光学材料と、
光共振器や偏光子あるいは反射鏡などの他の光学素子と
を組み合わせると、光双安定素子や光スイッチあるいは
位相共役波発生器などの光情報処理や光通信システムに
おいて将来的に用いられる重要なデバイスの実現が可能
である。

【０００４】このような非線形屈折率効果を示す非線形
光学材料を媒質とする非線形光学装置の従来例を以下に
説明する。図７は媒質として従来の非線形光学材料を使
用した光双安定素子の構成の一例を示す概略斜視図であ
る。

【０００５】図７において、符号１５は光双安定素子、
２１は非線形屈折率を有する光学材料（非線形屈折率媒
質）、２２Ａおよび２２Ｂは誘電体蒸着ミラー、Ｐｉは
入力光、Ｐｔは出力光である。この光双安定素子１５は
非線形屈折率媒質２１の両面に反射率約９０％の誘電体
蒸着ミラー２２Ａおよび２２Ｂが塗布されたものであ
る。この構成においては、入力光Ｐｉの波長をわずかに
変化させて共振条件を満足すると、入力光Ｐｉの強度に
対して出力光Ｐｔの強度が図８（Ａ），（Ｂ）に示した
ような特性を持つ（動作原理については文献アプライ
ドフィジックスレター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．）ｖｏｌ．３５，４５１（１９７６）に詳しい）。
これらの特性は、それぞれ、リミッタ動作および双安定
動作に対応しており、上述した光双安定素子は光通信や
光情報処理システムにおいて入力光パルスの波形整形、
光スイッチ、あるいは光信号メモリ、光論理演算動作な
どへの応用が可能なものである。

【０００６】ところで、この種の非線形光学装置におい
ては、特性として、使用可能な入力光波長ならびに入力
光強度、さらに光信号の強度変化に対して追随可能な応
答時間の３つの値が重要である。例えば、図７中の非線
形屈折率媒質２１としてＧａＡｓとＧａＡｌＡｓの半導
体薄膜を交互に繰り返し成長させて作製した超格子結晶
を用いた例においては、結晶内で励起子が光吸収に伴っ
て励起されることによって屈折率が光強度依存性を示す
こと（吸収依存性効果）を動作原理としているため、上
述した式（１）の第３項の係数が大きく（すなわち、３
次非線形の効率が高く）、動作に必要な入力光強度は５
×１０⁴ Ｗ／ｃｍ² 程度と小さくて済む点では優れてい
るものの、使用可能な入力光波長が励起子吸収スペクト
ル近傍のきわめて狭い範囲に限られてしまうこと、およ
び応答時間が励起子寿命により決定され、３×１０^-8ｓ
ｅｃより高速の光信号処理には使えないことなどの問題
点があった。

【０００７】また、非線形光学媒質として非線形光学液
体である二硫化炭素（ＣＳ₂ ）を満たしたガラスセルを
用い、前記誘電体蒸着ミラー２２Ａ，２２Ｂの代わり
に、外部ミラーを用いた別の従来例においては、光電界
に応じた分子の回転配列により屈折率が光強度依存性を
示すこと（分子回転非線形効果）を動作原理としてい
る。このため、使用可能な入力光波長が可視から近赤外
域の広い範囲にわたるという点では優れているものの、
３次非線形の効果がそれほど高くなく、動作に必要な入
力光強度が１０⁸ Ｗ／ｃｍ² 程度と大きくなること、お
よび応答時間が分子の回転緩和時間により決定され、１
０^-11 〜１０^-12 ｓｅｃより高速の光信号処理には使え
ないことなどの問題点があった。

【０００８】以上のことから明らかなように、非線形光
学装置の性能は、非線形光学材料の特性によってほとん
ど決定される。従って、使用可能な波長範囲が広く、３
次非線形の効率が高く、動作に必要な入力光強度が小さ
く、応答時間が短い材料の開発が熱望され、それに向け
て活発な研究が行われているのが現状である。

【０００９】このような非線形屈折率効果を示す３次の
非線形光学材料としては、ベンゼン環や２重結合あるい
は３重結合などのπ電子共役をもつ有機非線形光学材料
が最近特に注目されている。例えば、ポリジアセチレン
ビス−（パラトルエンスルホネート）（略称ＰＴＳ）で
は、３次効果の定数χ⁽³⁾ は、χ⁽³⁾ ＝１×１０^-10ｅ
ｓｕ（非線形屈折率係数に換算すると、ｎ₂ ＝２×１０
^-12 （Ｗ／ｃｍ² ）^-1となる）の値をもち、上記のＣＳ
₂ 液体より２桁大きい。また、この非線形効果のメカニ
ズムは吸収によるものでなく、かつ分子や結晶格子との
相互作用によるものでもなく、純粋に電子分極に由来す
るものであるために、光信号の強度変化に追随可能な応
答時間が１０^-14 ｓｅｃときわめて高速であることが有
機非線形光学材料の大きな特徴である。また、使用可能
な入力光波長は０．６５μｍ付近から２．０μｍ以上の
広い範囲にわたっているという優れた特性を併せ持って
いる。

【００１０】しかしながら、上記ＰＴＳなどのポリジア
セチレンは、一般に結晶性高分子であるために、実際に
光スイッチや光メモリー用の媒質として用いる場合に
は、媒質全体が単結晶となっていることが必要である。
もし、媒質の一部に非結晶質部が存在したり、全体が多
結晶状態になっていて微小な単結晶の集合体であったり
すると、入射光の散乱損失が増大してしまい、使いもの
にならない。従って、ポリジアセチレンを用いた光学装
置を製造するにあたっては、目的に応じた大型結晶の育
成あるいは薄膜結晶化などの技術が不可欠であり、さら
にこれらの結晶が得られた場合でも、結晶を切断したり
表面を研磨したりする加工技術を確立することが必要で
ある。ポリジアセチレンに関するこれらの周辺技術は今
のところまだ解決されていない。

【００１１】また、代表的な導電性高分子材料であるポ
リアセチレンについても上記ＰＴＳを上回る大きな３次
の非線形光学定数（χ⁽³⁾ ＞１０^-9ｅｓｕ）を有する
が、ＰＴＳ同様結晶性高分子であるため光透過性、加工
性に劣り、実用的観点から光スイッチや光メモリー用媒
質としての使用は困難である。

【００１２】このように、ポリジアセチレンあるいはポ
リアセチレンなど従来公知である高い非線形光学効果を
有する高分子材料として、実用レベルで非線形光学装置
への応用に供せられるものは一つも実現していない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
した事情に鑑みてなされたもので、従来の光双安定素子
を始めとする、光スイッチ、位相共役波発生装置などの
非線形屈折率を利用した非線形光学装置に適用する際の
問題点、すなわち上述したような使用波長制限、低速応
答性、高動作入力光強度、あるいは所望の光学材料を容
易に入手できないこと、などの欠点を除去するため、使
用波長範囲が広く、高速応答性を有し、かつ動作入力光
強度が小さい、実用に供し得る高効率非線形光学材料お
よびこれを用いた高性能非線形光学装置を提供すること
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明者らは鋭意検討した結果、π共役系につい
てアクセプター性を有する複素芳香環とドナー性を有す
る複素芳香環とから構成されるπ電子共役高分子材料
が、きわめて大きな非線形光学効果を有するとともに光
の透過性に優れる薄膜を容易に得ることができることを
初めて見いだし、本発明を完成した。

【００１５】すなわち、本発明の第１の局面に従う非線
形光学材料は、ドナー性を有する複素芳香環とアクセプ
ター性を有する複素芳香環とから構成されるπ電子共役
高分子からなることを特徴とする。

【００１６】本発明の非線形光学材料は、また、前記ド
ナー性を有する複素芳香環はチオフェンであり、前記ア
クセプター性を有する複素芳香環はピリジンであること
を特徴とする。

【００１７】本発明の第２の局面に従う非線形光学装置
は、非線形屈折率を有する光学媒質と、光学素子とを具
備した非線形光学装置において、前記非線形屈折率を有
する光学媒質は、ドナー性を有する複素芳香環とアクセ
プター性を有する複素芳香環とから構成されるπ電子共
役高分子材料からなることを特徴とする。

【００１８】本発明の非線形光学装置は、また、前記ド
ナー性を有する複素芳香環はチオフェンであり、アクセ
プター性を有する複素芳香環はピリジンであることを特
徴とする。

【００１９】

【作用】本発明においては、ドナー性を有する複素芳香
環とアクセプター性を有する複素芳香環とから構成され
るπ電子共役高分子材料からなる。上述した従来のπ電
子共役高分子材料系の非線形光学材料がπ電子共役長を
長くすること、あるいはπ電子共役系を平面的に広げる
ことによって非線形光学効果が大きくなることを基本と
していたのに対し、本発明の非線形光学材料ではπ電子
共役高分子材料が分子内にπ共役系についてアクセプタ
ー性を有する複素芳香環とドナー性を有する複素芳香環
とを有するために分子内での電荷移動が容易におこり、
これがπ電子共役高分子材料の非線形光学特性を著しく
向上させている。上述したπ共役系についてのアクセプ
ター性、ドナー性については、次の著書：Ｇ．Ｒ．Ｎｅ
ｗｋｏｍｅａｎｄＷ．Ｗ．Ｐａｕｄｌｅｒ，“Ｃｏ
ｎｔｅｍｐｏｒａｒｙＨｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃＣ
ｈｅｍｉｓｔｒｙ”（ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ，ＮｅｗＹ
ｏｒｋ１９８２に詳しい。ただし、この著書のなかで
は、π共役系についてのアクセプター性、ドナー性を、
それぞれπ−ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ（π−欠乏的），π−
ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ（π−過剰的）と表現としている。

【００２０】また、本発明の非線形光学材料は異種の芳
香環から構成されるために結晶性が阻害され、非晶質の
高分子が容易に得られ、この結果光学的透明性に優れる
薄膜フィルムの製作が容易である。

【００２１】さらにπ共役系についてアクセプター性を
有する複素芳香環がピリジンであり、ドナー性を有する
複素芳香環がチオフェンである場合に本発明の効果が特
に大きい。ピリジンおよびチオフェンは交互に結合して
いても良い。あるいは、２分子以上の単位が繰り返して
いても良い。

【００２２】また、本発明の非線形光学装置は、上述し
たような非線形屈折率を有する光学媒質と、光共振器や
偏光子、あるいは反射鏡などの光学素子とで構成してあ
る。非線形屈折率を有する光学媒質としてπ共役系につ
いてアクセプター性を有する複素芳香環とドナー性を有
する複素芳香環とから構成されるπ電子共役高分子材料
を用いているため、使用波長範囲が広がるとともに、応
答性が速くなり、動作入力光強度が小さくてすむ。

【００２３】本発明の非線形光学材料であるπ電子共役
高分子を構成するドナー性を有する複素芳香環の具体例
としては５員環のチオフェン，ピロール，フラン等が挙
げられる。これらのうちチオフェンが好ましい。アクセ
プター性を有する複素芳香環の具体例としては６員環の
ピリジン，ピリミジン等が挙げられる。これらのうちピ
リジンが好ましい。

【００２４】上述したπ共役系についてアクセプター性
を有する複素芳香環とドナー性を有する複素芳香環とか
ら構成されるπ電子共役高分子材料としては、上述した
５員環の１個以上および６員環の１個以上から構成され
るπ電子共役高分子材料であるポリ（２，５−チオフェ
ンジイル−２，５−ピリジンジイル）、ポリ（ビチオフ
ェンジイル−２，５−ピリジンジイル）、ポリ（２，５
−チオフェンジイル−ビピリジンジイル）、ポリ（ビチ
オフェンジイル−ビピリジンジイル）、ポリ（２，５−
ピロールジイル−２，５−ピリジンジイル）、ポリ（ビ
ピロールジイル−２，５−ピリジンジイル）、ポリ
（２，５−ピロールジイル−ビピリジンジイル）、ポリ
（ビピロールジイル−ビピリジンジイル）、ポリ（２，
５−フランジイル−２，５−ピリジンジイル）、ポリ
（ビフランジイル−２，５−ピリジンジイル）、ポリ
（２，５−フランジイル−ビピリジンジイル）、ポリ
（ビフランジイル−ビピリジンジイル）、ポリ（２，５
−チオフェンジイル−２，５−ピリミジンジイル）、ポ
リ（ビチオフェンジイル−２，５−ピリミジンジイ
ル）、ポリ（２，５−チオフェンジイル−ビピリミジン
ジイル）、ポリ（ビチオフェンジイル−ビピリミジンジ
イル）、ポリ（２，５−ピロールジイル−２，５−ピリ
ミジンジイル）、ポリ（ビピロールジイル−２，５−ピ
リミジンジイル）、ポリ（２，５−ピロールジイル−ビ
ピリミジンジイル）、ポリ（ビピロールジイル−ビピリ
ミジンジイル）、ポリ（２，５−フランジイル−２，５
−ピリミジンジイル）、ポリ（ビフランジイル−２，５
−ピリミジンジイル）、ポリ（２，５−フランジイル−
ビピリミジンジイル）、ポリ（ビフランジイル−ビピリ
ミジンジイル）などが挙げられる。

【００２５】これらのうち、下記式（Ｉ）〜（ＩＶ）で
示されるようなピリジンおよびチオフェンから構成され
るπ電子共役高分子材料であるポリ（２，５−チオフェ
ンジイル−２，５−ピリジンジイル）（略称ＰＴＰ
Ｙ）、ポリ（ビチオフェンジイル−２，５−ピリジンジ
イル）（略称ＰＢＴＰＹ）、ポリ（２，５−チオフェン
ジイル−ビピリジンジイル）（略称ＰＴＢＰＹ）あるい
はポリ（ビチオフェンジイル−ビピリジンジイル）（略
称ＰＢＴＢＰＹ）が特に好ましい。

【００２６】

【化１】

【００２７】これらのπ電子共役高分子材料の一部は、
アモルファス構造をもつ導電性高分子材料として既に知
られており、合成法も公知である（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｐ．１２１０（１９
９１）等に詳しい）。他のものも同様に合成できる。例
えば、ジハロ芳香族モノマーをニッケルゼロ価錯体の存
在下で脱ハロゲン縮重合することによって合成できる。
また、後で述べるように、これらのポリマーはギ酸に可
溶のポリマを合成することができるため、成形性に優
れ、取扱いやすく、かつ化学的に安定である。

【００２８】これらのアクセプター性を有する複素芳香
環とドナー性を有する複素芳香環とから構成されるπ電
子共役高分子材料は、上述したように３次非線形効果が
きわめて大きく、また、光透過性に優れている。

【００２９】また、そのようなπ電子共役高分子材料は
３次効果が大きいために非線形屈折率係数が大きな値と
なり、この材料を非線形光学媒体として光双安定素子、
光スイッチ、位相共役波発生器などの非線形光学装置を
構成することができる。

【００３０】図１はπ共役系についてアクセプター性を
有する複素芳香環とドナー性を有する複素芳香環とから
構成されるπ電子共役高分子材料の３次効果の効率を評
価すべく行った実験の測定データ（ＴＨＧ強度パター
ン）を示したものである。有機材料の３次効果は、一般
に、第３高調波光（ＴＨＧ光）の強度を測定することに
よって評価される。図１に示す場合は、π共役系につい
てアクセプター性を有する複素芳香環とドナー性を有す
る複素芳香環とから構成された厚さの均一なπ電子共役
高分子材料フィルムに、波長１．５５μｍ前後のレーザ
パルス光を入射し、サンプルをレーザ光の入射方向と垂
直な軸の周りに回転させながら、出てくるＴＨＧ光の強
度を測定した結果である。このパターンはメーカフリン
ジと呼ばれるものであり、すでに効率が既知の材料（こ
こでは石英ガラスを用いた）を同一の観測系で測定し
て、ＴＨＧのピーク強度と比較すれば、３次効果の効率
を測定することができる（測定原理については、文献
エレクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅ
ｔｔ．）ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．１１，５９５（１９８
７）に詳しい）。

【００３１】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明に係わるπ共
役系についてアクセプター性を有する複素芳香環とドナ
ー性を有する複素芳香環とから構成されるπ電子共役高
分子材料およびこれを用いた非線形光学装置を実施例に
より詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されない。

【００３２】［実施例１］図２は本発明の非線形光学材
料ＰＴＰＹの合成反応スキームの一例を示す反応工程図
である。図２に示すように、２−ＭｇＢｒ−５−ハロチ
オフェン（ハロゲンはＢｒ，Ｉ，Ｃｌ）と２，５−ジブ
ロモピリジンを原料として５−ハロ−２−（５′−ブロ
モ−２′−ピリジニル）チオフェンを合成し、ニッケル
ゼロ価錯体の存在下で、６０〜８０℃の条件で反応を行
うことによって目的とする高分子化合物ＰＴＰＹを得
た。これをギ酸に溶解（１重量％前後）し、スピンコー
ティングにより０．０２〜０．５μｍの薄膜フィルムを
得た。

【００３３】上述のようにして得られたポリ（２，５−
チオフェンジイル−２，５−ピリジンジイル）（ＰＴＰ
Ｙ）フィルム（この場合の厚さは０．０５μｍ）の３次
効果を測定した。図３はＰＴＰＹフィルムのχ⁽³⁾ を示
すスペクトル線図である。得られた結果を３次の電気感
受率χ⁽³⁾ で表し、入射光波長に対してプロットした結
果である。χ⁽³⁾ の値は２×１０^-10 ｅｓｕ前後であ
り、前述のＰＴＳとほぼ同程度の値であることが確かめ
られた。なお、この測定値から非線形屈折率はｎ₂ ＝２
×１０^-12 （Ｗ／ｃｍ² ）^-1前後と算出される。

【００３４】次いで、ＰＴＰＹの吸収スペクトルを、分
光光度計で測定した。その結果、無吸収波長域０．７０
〜２．２μｍときわめて広いことが判った。すなわち、
この材料は使用可能波長域が前述のＰＴＳよりさらに広
く優れている。なお、波長域０．６５μｍ〜１．５μｍ
におけるＰＴＰＹの３次非線形光学効果については未測
定であるが、非線形効果のメカニズムがＰＴＳと同じに
純粋の電子分極によることを考えるとこれらの波長域に
おいても、ＰＴＰＹのχ⁽³⁾ またはｎ₂ は図３の値とほ
ぼ同等の値をもつことが容易に推察される。

【００３５】さらに同様な考察から、π共役系について
アクセプター性を有する複素芳香環とドナー性を有する
複素芳香環とから構成されるπ電子共役高分子材料の応
答時間はＰＴＳと同様に１０^-14 ｓｅｃ程度と推測さ
れ、充分な高速性を備えている。

【００３６】一方ＰＴＰＹギ酸溶液のキャスティングに
より２μｍ厚のフィルムを得て、プリズムカップリング
法によってこのフィルムの光透過性を評価したところ、
波長１．３μｍで２ｄＢ／ｃｍという優れた光透過性を
有することが判った。

【００３７】［実施例２〜４］π共役系についてアクセ
プター性を有する複素芳香環とドナー性を有する複素芳
香環とから構成されるπ電子共役高分子材料であるＰＢ
ＴＰＹ，ＰＴＢＰＹ，ＰＢＴＢＰＹをそれぞれ実施例１
に準じて合成し、それらの高分子材料の非線形光学効果
および光透過性を実施例１と同様に測定した。表１に得
られた結果を示す。表１から、本発明の非線形光学材料
はいずれも高非線形光学効果と優れた光透過性を有して
いることが判る。

【００３８】

【表１】

【００３９】［実施例５］図４は本発明の光双安定素子
の構成の一例を示す概略斜視図であり、ここに１０は光
双安定素子（外部光共振器）、２０は非線形屈折率媒
質、２３Ａ，２３Ｂは誘電体多層蒸着ミラー、Ｐｉは入
力光、Ｐｔは出力光である。この外部光共振器は、上述
した方法により作製したＰＴＰＹフィルムを非線形屈折
率媒質２０として使用し、入力光を約９０％反射し、残
りを透過させる誘電体多層蒸着ミラー２３Ａ，２３Ｂを
非線形屈折率媒質２０を挟んで対向させて配置した外部
光共振器である。ここに、上述したＰＴＰＹフィルムは
ＰＴＰＹのギ酸溶液をガラス基板上にキャスティング
し、溶媒を除去した後、基板より剥離することによっ
て、１０×１０×１ｍｍ³ 程度の大きさのフリースタン
ディングなフィルム状の非線形屈折率媒質にしたものを
使用した。

【００４０】［実施例６］図５は、本発明の光制御光ス
イッチの構成の一例を示す概略斜視図である。図５にお
いて、符号１１は光制御光スイッチ、２０は本発明の非
線形屈折率媒質、２４Ａ，２４Ｂは偏光子、Ｐｉは入力
光、Ｐｔは出力光、Ｐｇはゲートパルス光である。この
光制御光スイッチ１１は、互いに偏光軸が直交するよう
配置された２枚の偏光子２４Ａ，２４Ｂからなる直交偏
光子系を有し、これらの直交偏光子２４Ａ，２４Ｂで非
線形屈折率媒質２０を挟んだ構成である非線形屈折率媒
質２０としては実施例１で得られたＰＴＰＹを使用し
た。この構成においては、ゲートパルスＰｇが入射して
いる間だけ直交偏光子２４Ａを通過した直線偏光が、非
線形屈折率媒質２０の屈折率変化によって偏光角の回転
を受け、直交偏光子２４Ｂを通過する。すなわち入力光
Ｐｉはゲート光Ｐｇによって光スイッチされる。

【００４１】本装置においても、使用可能波長範囲、応
答時間、および動作入力光強度（ゲートパルス光）の値
は重要であるが、使用可能波長範囲および応答時間につ
いてきわめて優れていることは実施例１より明らかであ
る。

【００４２】［実施例７］図６は、本発明の位相共役波
発生装置の構成の一例を示す概略断面図である。図６に
おいて、１２は本発明の位相共役波発生装置、２０は本
発明の非線形屈折率媒質、２５Ａ，２５Ｂは半透過鏡、
２６は全透過鏡、Ｐｉは入力光、Ｐｔは出力光、Ａ₁ ，
Ａ₂ ，Ａ_c ，Ａ_p は光波である。本発明の位相共役波発
生装置１２は、本発明の非線形屈折率媒質２０を第１の
半透過鏡２５Ａと全透過鏡２６とで挟み、さらに半透過
鏡２５Ａからの光を半透過鏡２５Ｂが半透過鏡２５Ａと
全透過鏡２６の光軸に傾いて非線形屈折率媒質２０に入
射するように配置してある。非線形屈折率媒質２０とし
ては実施例１にて得られたＰＴＰＹを使用した。

【００４３】この構成は縮退４光波混合と呼ばれる光学
配置であって、非線形屈折率媒質２０に、Ａ₁ ，Ａ₂
（Ａ₁ と反対方向），Ａ_p （傾入射）の３つの光波が入
射すると、Ａ_p に対して空間位相項のみが共役である第
４の光波Ａ_c が発生する。この位相共役波は画像情報処
理技術における像修正や、実時間ホログラフィなどの有
効な手段として注目されている。

【００４４】本実施例においても装置の高速応答性、お
よび低動作入力光強度が確認できた。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、π電子共役高分子材料
をπ共役系についてアクセプター性を有する複素芳香環
とドナー性を有する複素芳香環とから構成することによ
って、従来の最高レベルの３次の非線形光学特性が得ら
れるとともに、光透過性に優れる薄膜を得ることが可能
である。

【００４６】また本発明によれば、大きな非線形屈折率
を持ち、かつきわめて応答速度が大きく、可視域から近
赤外領域の広い波長範囲で透光性を有するアクセプター
性を有する複素芳香環とドナー性を有する複素芳香環と
から構成されるπ電子共役高分子材料のフィルムを非線
形屈折率媒質として用いて、光双安定素子、光スイッ
チ、あるいは位相共役波発生装置などの将来の光情報処
理あるいは光通信分野で重要となる非線形光学装置を構
成することができるため、従来の非線形光学液体や半導
体超格子結晶を用いた非線形光学装置と比較して波長依
存性、応答速度、動作に必要な入力光強度の点で格段に
優れたものとすることができ、現存の半導体レーザを光
源として使用できるという実用的価値のある非線形光学
装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるπ共役系についてアクセプター性
を有する複素芳香環とドナー性を有する複素芳香環とか
ら構成されるπ電子共役高分子材料のＴＨＧ強度パター
ンを示す線図である。

【図２】本発明の実施例１の非線形光学材料ポリ（２，
５−チオフェンジイル−２，５−ピリジンジイル）の合
成反応スキームの一例を示す反応工程図である。

【図３】本発明の実施例１のポリ（２，５−チオフェン
ジイル−２，５−ピリジンジイル）のχ⁽³⁾ 値のスペク
トルを示す線図である。

【図４】本発明の実施例５に従う光双安定素子の構成を
示す概略斜視図である。

【図５】本発明の実施例６に従う光制御光スイッチの構
成を示す概略斜視図である。

【図６】本発明の実施例７に従う位相共役波発生装置の
構成を示す概略断面図である。

【図７】従来の非線形光学装置（光双安定素子）の構成
の一例を示す概略斜視図である。

【図８】図７の非線形光学装置（光双安定素子）の
（Ａ）リミッタ動作特性、（Ｂ）双安定動作特性を示す
線図である。図中の矢印はＰｉの増加時、および減少時
のＰｔの特性を現す経路を示す。

【符号の説明】

１０光双安定素子（外部光共振器）１１光制御光スイッチ１２位相共役波発生装置１５光双安定素子２０本発明の非線形屈折率媒質２１従来の非線形屈折率媒質２２Ａ，２２Ｂ誘電体蒸着ミラー（反射率約９０％）２３Ａ，２３Ｂ（外部）誘電体多層蒸着ミラー２４Ａ，２４Ｂ偏光子（直交偏光子系を構成してい
る）２５Ａ，２５Ｂ半透過鏡２６全透過鏡Ｐｉ入力光Ｐｔ出力光Ｐｇゲートパルス光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本隆一神奈川県横浜市緑区荏田南４丁目26番18号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドナー性を有する複素芳香環とアクセプ
ター性を有する複素芳香環とから構成されるπ電子共役
高分子からなることを特徴とする非線形光学材料。
【請求項２】前記ドナー性を有する複素芳香環はチオ
フェンであり、前記アクセプター性を有する複素芳香環
はピリジンであることを特徴とする請求項１記載の非線
形光学材料。
【請求項３】非線形屈折率を有する光学媒質と、光学
素子とを具備した非線形光学装置において、前記非線形
屈折率を有する光学媒質は、ドナー性を有する複素芳香
環とアクセプター性を有する複素芳香環とから構成され
るπ電子共役高分子材料からなることを特徴とする非線
形光学装置。
【請求項４】前記ドナー性を有する複素芳香環はチオ
フェンであり、アクセプター性を有する複素芳香環はピ
リジンであることを特徴とする請求項３記載の非線形光
学装置。