JPH0580374A - 有機非線形光学材料 - Google Patents
有機非線形光学材料Info
- Publication number
- JPH0580374A JPH0580374A JP24336391A JP24336391A JPH0580374A JP H0580374 A JPH0580374 A JP H0580374A JP 24336391 A JP24336391 A JP 24336391A JP 24336391 A JP24336391 A JP 24336391A JP H0580374 A JPH0580374 A JP H0580374A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- optical
- nonlinear optical
- optical material
- organic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い非線形感受率と、高速応答性とを有し、
高速光スイッチや光双安定素子等の、光情報処理システ
ムにおけるキーデバイスとなる素子を形成できる有機非
線形光学材料を提供する。 【構成】 下記一般式(I) で表される化合物からなる。 【化１】 〔式中Ｚは電子吸引性基または電子供与性基を表し、Ｒ
1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 は、それぞれ、同一または異なっ
て、水素原子、ハロゲン原子または有機基を表す。ｎは
正の整数を表す。〕
高速光スイッチや光双安定素子等の、光情報処理システ
ムにおけるキーデバイスとなる素子を形成できる有機非
線形光学材料を提供する。 【構成】 下記一般式(I) で表される化合物からなる。 【化１】 〔式中Ｚは電子吸引性基または電子供与性基を表し、Ｒ
1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 は、それぞれ、同一または異なっ
て、水素原子、ハロゲン原子または有機基を表す。ｎは
正の整数を表す。〕
Description
【０００１】本発明は、非線形光学効果を利用する各種
素子の製造に使用される、新規な有機非線形光学材料に
関し、より詳細には、上記非線形光学効果を利用した光
双安定素子等であって、特に、膜または層の配列体また
は集合体が構成要素である素子に好適に用いられる、非
線形光学材料に関するものである。
素子の製造に使用される、新規な有機非線形光学材料に
関し、より詳細には、上記非線形光学効果を利用した光
双安定素子等であって、特に、膜または層の配列体また
は集合体が構成要素である素子に好適に用いられる、非
線形光学材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】非線形光
学効果とは、下記式(i) に示すように、結晶内部にかか
る電場によって誘起される分極Ｐが、２次以上の項を有
することによって生じる非線形性に伴って発現する光学
的効果である。 Ｐ＝Ｘ(1) Ｅ＋Ｘ(2) Ｅ・Ｅ＋Ｘ(3) Ｅ・Ｅ・Ｅ＋……Ｘ(n) Ｅn …(i) 〔但し、Ｘ(n) はｎ次の非線形感受率、Ｅは電場ベクト
ルを表す〕そして、上記非線形光学材料が示す２次の非
線形光学現象としては、第２高調波発生、光整流、光混
合、パラメトリック増幅およびポッケルス効果があり、
３次の非線形光学現象としては、第３高調波発生、光双
安定性、カー効果等がある。
学効果とは、下記式(i) に示すように、結晶内部にかか
る電場によって誘起される分極Ｐが、２次以上の項を有
することによって生じる非線形性に伴って発現する光学
的効果である。 Ｐ＝Ｘ(1) Ｅ＋Ｘ(2) Ｅ・Ｅ＋Ｘ(3) Ｅ・Ｅ・Ｅ＋……Ｘ(n) Ｅn …(i) 〔但し、Ｘ(n) はｎ次の非線形感受率、Ｅは電場ベクト
ルを表す〕そして、上記非線形光学材料が示す２次の非
線形光学現象としては、第２高調波発生、光整流、光混
合、パラメトリック増幅およびポッケルス効果があり、
３次の非線形光学現象としては、第３高調波発生、光双
安定性、カー効果等がある。
【０００３】特に、３次の非線形光学現象としての光双
安定性を利用すれば、高速光スイッチや光双安定素子等
の、将来的な光情報処理システムにおけるキーデバイス
となり得る素子が得られるため、近年、非線形光学材料
の研究開発が盛んに行われている。このような光双安定
性を示す非線形光学材料としては、多重量子井戸構造を
有する半導体や、CuCl2 、CdＳ等の半導体の微粒子を分
散させたガラス、π電子共役系を有する有機化合物等が
知られている〔例えば、固体物理〈非線形光学特集
号〉，24，(11)，1989等参照〕。
安定性を利用すれば、高速光スイッチや光双安定素子等
の、将来的な光情報処理システムにおけるキーデバイス
となり得る素子が得られるため、近年、非線形光学材料
の研究開発が盛んに行われている。このような光双安定
性を示す非線形光学材料としては、多重量子井戸構造を
有する半導体や、CuCl2 、CdＳ等の半導体の微粒子を分
散させたガラス、π電子共役系を有する有機化合物等が
知られている〔例えば、固体物理〈非線形光学特集
号〉，24，(11)，1989等参照〕。
【０００４】これらの材料の中で、多重量子井戸構造を
有する半導体と、半導体微粒子を分散させたガラスは光
の吸収を伴うため、応答速度が１０-8〜１０-11sec. と
遅く、一方、π電子共役系を有する従来の有機化合物
は、応答速度が１０-12 〜１０ -14sec. と速いものの、
３次の非線形感受率Ｘ(3) が１０-9〜１０-11esuと小さ
いため、何れのものも、実用的なオールオプティカルな
素子に用いることができない。
有する半導体と、半導体微粒子を分散させたガラスは光
の吸収を伴うため、応答速度が１０-8〜１０-11sec. と
遅く、一方、π電子共役系を有する従来の有機化合物
は、応答速度が１０-12 〜１０ -14sec. と速いものの、
３次の非線形感受率Ｘ(3) が１０-9〜１０-11esuと小さ
いため、何れのものも、実用的なオールオプティカルな
素子に用いることができない。
【０００５】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
のであって、高い非線形感受率と、高速応答性とを両立
し得る有機非線形光学材料を提供することを目的として
いる。
のであって、高い非線形感受率と、高速応答性とを両立
し得る有機非線形光学材料を提供することを目的として
いる。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】一般に、有機
非線形光学材料は、大部分が、弱いファンデルワールス
力によって結合した分子性結晶を形成するため、結晶レ
ベルでの３次の非線形感受率Ｘ(3 ) を大きくするには、
各分子レベルにおける分極（分子分極）μを表す、下記
式(ii)中の３次の分子超分極率γを大きくすれば良い。
非線形光学材料は、大部分が、弱いファンデルワールス
力によって結合した分子性結晶を形成するため、結晶レ
ベルでの３次の非線形感受率Ｘ(3 ) を大きくするには、
各分子レベルにおける分極（分子分極）μを表す、下記
式(ii)中の３次の分子超分極率γを大きくすれば良い。
【０００７】 μ＝αＥ＋βＥ・Ｅ＋γＥ・Ｅ・Ｅ＋… …(ii) 〔但し、αは分極率、β，γ…は、それぞれ２次、３次
…の分子超分極率、Ｅは電場ベクトルを表す。〕３次の
分子超分極率γは、光電場が印加された状態で分子の電
子波動関数から、電気双極子モーメントの期待値を計算
することで予測可能であることが知られており［J.F.Wa
rd and B.J.Orr，Mol.Phys．，20(1971)513 ］、また、
分子の電子波動関数は、分子軌道計算から求めることが
できる。
…の分子超分極率、Ｅは電場ベクトルを表す。〕３次の
分子超分極率γは、光電場が印加された状態で分子の電
子波動関数から、電気双極子モーメントの期待値を計算
することで予測可能であることが知られており［J.F.Wa
rd and B.J.Orr，Mol.Phys．，20(1971)513 ］、また、
分子の電子波動関数は、分子軌道計算から求めることが
できる。
【０００８】特に、半経験的な分子軌道法の一種である
ＰＰＰ（Pariser-Parr-Pole ）−ＭＯ法を用いて計算し
た３次の分子超分極率γは、実測値と良く一致すること
が報告されており〔大垣安二、溝口晃、服部康弘、西村
明、レーザー学会第１７２回研究会報告、P23,1991〕、
３次の分子超分極率γの計算に有効な方法であると言え
る。
ＰＰＰ（Pariser-Parr-Pole ）−ＭＯ法を用いて計算し
た３次の分子超分極率γは、実測値と良く一致すること
が報告されており〔大垣安二、溝口晃、服部康弘、西村
明、レーザー学会第１７２回研究会報告、P23,1991〕、
３次の分子超分極率γの計算に有効な方法であると言え
る。
【０００９】そこで、本発明者らは、上記ＰＰＰ−ＭＯ
法による３次の分子超分極率γの計算を並行して行いな
がら、π電子共役系を有する有機化合物の分子構造の検
討を行い、その結果、下記一般式(I) で表される化合物
が、高い非線形感受率と、高速応答性とを両立し得るこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
法による３次の分子超分極率γの計算を並行して行いな
がら、π電子共役系を有する有機化合物の分子構造の検
討を行い、その結果、下記一般式(I) で表される化合物
が、高い非線形感受率と、高速応答性とを両立し得るこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
【化２】
【００１１】〔式中Ｚは電子吸引性基または電子供与性
基を表し、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 は、それぞれ、同一
または異なって、水素原子、ハロゲン原子または有機基
を表す。ｎは正の整数を表す。〕すなわち、本発明の有
機非線形光学材料は、上記一般式(I) で表される化合物
からなることを特徴とする。
基を表し、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 は、それぞれ、同一
または異なって、水素原子、ハロゲン原子または有機基
を表す。ｎは正の整数を表す。〕すなわち、本発明の有
機非線形光学材料は、上記一般式(I) で表される化合物
からなることを特徴とする。
【００１２】上記一般式(I) で表される化合物に類似し
た構造を有する、下記一般式(II)〜(IV)で表される有機
化合物が高い非線形感受率と高速応答性とを示すこと
は、既に公知である（例えば、Alan Buckley et.al.,US
Patent No.4,707,305、特開昭６１−２９６３３２号公
報等参照）。
た構造を有する、下記一般式(II)〜(IV)で表される有機
化合物が高い非線形感受率と高速応答性とを示すこと
は、既に公知である（例えば、Alan Buckley et.al.,US
Patent No.4,707,305、特開昭６１−２９６３３２号公
報等参照）。
【００１３】
【化３】
【００１４】〔上記各式中Ｒは、水素またはアルキル基
を表す。〕しかしながら、これらの化合物は、何れも、
非中心対称形の分子構造を有しており、２次の非線形光
学効果を有するものであるため、前述した３次の非線形
光学効果を利用した、高速光スイッチや光双安定素子等
に使用した場合には、この２次の非線形光学効果の混在
によって、スイッチング性能や光双安定性が悪影響を受
けることが予想される。
を表す。〕しかしながら、これらの化合物は、何れも、
非中心対称形の分子構造を有しており、２次の非線形光
学効果を有するものであるため、前述した３次の非線形
光学効果を利用した、高速光スイッチや光双安定素子等
に使用した場合には、この２次の非線形光学効果の混在
によって、スイッチング性能や光双安定性が悪影響を受
けることが予想される。
【００１５】これに対し、前記一般式(I) で表される化
合物からなる、本発明の有機非線形光学材料は、中心対
称形の分子構造を有するため、２次の非線形光学効果を
有さず、したがって、２次の非線形光学効果の混在によ
る上記の問題が生じるおそれのない、スイッチング性能
や光双安定性の優れたものである。前記一般式(I) で表
される化合物においてＺで表される基のうち、電子吸引
性基としては、例えば酸素原子、硫黄原子、セレン原
子、テルル原子等のカルコゲン原子の他、シアノ基；ニ
トロ基；メタンスルホニル、エタンスルホニル、プロパ
ンスルホニル、ブタンスルホニル、トリフルオロメタン
スルホニル、２，２，２−トリフルオロエタンスルホニ
ル等のハロゲン原子を有していてもよいアルカンスルホ
ニル基；スルホ基；メトキシスルホニル、エトキシスル
ホニル、プロポキシスルホニル、イソプロポキシスルホ
ニル、ブトキシスルホニル、tert- ブトキシスルホニ
ル、ペンチルオキシスルホニル、ヘキシルオキシスルホ
ニル、オクチルオキシスルホニルなどのアルコキシスル
ホニル、フェノキシスルホニル、ｐ−シアノフェノキシ
スルホニルなどの置換基を有していてもよいフェノキシ
スルホニル等のエステル化されたスルホ基；カルボキシ
ル基；メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロ
ポキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブトキ
シカルボニル、イソブトキシカルボニル、tert−ブトキ
シカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル、ヘプチルオ
キシカルボニル、オクチルオキシカルボニル、ノニルオ
キシカルボニル、デシルオキシカルボニル、ウンデシル
オキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル、トリデ
シルオキシカルボニル、テトラデシルオキシカルボニ
ル、ペンタデシルオキシカルボニルなどのアルコキシカ
ルボニル基：フェノキシルカルボニル、ｐ−ニトロフェ
ニルオキシカルボニルなどの置換基を有していてもよい
アリールオキシカルボニル、ベンジルオキシカルボニ
ル、ベンズヒドリルオキシカルボニルなどのアラルキル
オキシカルボニル等のエステル化されたカルボキシル
基；アルデヒド（ホルミル）、アセチル、プロピオニ
ル、ブチリル、ペンタノイル、ヘキサノイル、オクタノ
イル、ベンゾイル等のアシル基；カルバモイル、メチル
カルバモイル、ジメチルカルバモイル、エチルカルバモ
イル、プロピルカルバモイル、ヘキシルカルバモイル、
ラウリルカルバモイル、ベンジルカルバモイル、フェニ
ルカルバモイル等の置換基を有していてもよいカルバモ
イル基；スルファモイル、メチルスルファモイル、エチ
ルスルファモイル、フェニルスルファモイル、ベンジル
スルファモイルなどの置換基を有していてもよいスルフ
ァモイル基；ニトロソ基；スルフィノ基；チオカルボキ
シル基などがあげられる。
合物からなる、本発明の有機非線形光学材料は、中心対
称形の分子構造を有するため、２次の非線形光学効果を
有さず、したがって、２次の非線形光学効果の混在によ
る上記の問題が生じるおそれのない、スイッチング性能
や光双安定性の優れたものである。前記一般式(I) で表
される化合物においてＺで表される基のうち、電子吸引
性基としては、例えば酸素原子、硫黄原子、セレン原
子、テルル原子等のカルコゲン原子の他、シアノ基；ニ
トロ基；メタンスルホニル、エタンスルホニル、プロパ
ンスルホニル、ブタンスルホニル、トリフルオロメタン
スルホニル、２，２，２−トリフルオロエタンスルホニ
ル等のハロゲン原子を有していてもよいアルカンスルホ
ニル基；スルホ基；メトキシスルホニル、エトキシスル
ホニル、プロポキシスルホニル、イソプロポキシスルホ
ニル、ブトキシスルホニル、tert- ブトキシスルホニ
ル、ペンチルオキシスルホニル、ヘキシルオキシスルホ
ニル、オクチルオキシスルホニルなどのアルコキシスル
ホニル、フェノキシスルホニル、ｐ−シアノフェノキシ
スルホニルなどの置換基を有していてもよいフェノキシ
スルホニル等のエステル化されたスルホ基；カルボキシ
ル基；メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロ
ポキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブトキ
シカルボニル、イソブトキシカルボニル、tert−ブトキ
シカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル、ヘプチルオ
キシカルボニル、オクチルオキシカルボニル、ノニルオ
キシカルボニル、デシルオキシカルボニル、ウンデシル
オキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル、トリデ
シルオキシカルボニル、テトラデシルオキシカルボニ
ル、ペンタデシルオキシカルボニルなどのアルコキシカ
ルボニル基：フェノキシルカルボニル、ｐ−ニトロフェ
ニルオキシカルボニルなどの置換基を有していてもよい
アリールオキシカルボニル、ベンジルオキシカルボニ
ル、ベンズヒドリルオキシカルボニルなどのアラルキル
オキシカルボニル等のエステル化されたカルボキシル
基；アルデヒド（ホルミル）、アセチル、プロピオニ
ル、ブチリル、ペンタノイル、ヘキサノイル、オクタノ
イル、ベンゾイル等のアシル基；カルバモイル、メチル
カルバモイル、ジメチルカルバモイル、エチルカルバモ
イル、プロピルカルバモイル、ヘキシルカルバモイル、
ラウリルカルバモイル、ベンジルカルバモイル、フェニ
ルカルバモイル等の置換基を有していてもよいカルバモ
イル基；スルファモイル、メチルスルファモイル、エチ
ルスルファモイル、フェニルスルファモイル、ベンジル
スルファモイルなどの置換基を有していてもよいスルフ
ァモイル基；ニトロソ基；スルフィノ基；チオカルボキ
シル基などがあげられる。
【００１６】また、前記一般式(I) で表される化合物に
おいてＺで表される基のうち、電子供与性基としては、
メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、te
rt−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチ
ル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシ
ル、テトラデシル、ペンタデシル等のアルキル基；ヒド
ロキシル基；メチロール、２−ヒドロキシエチル、３−
ヒドロキシプロピル等のヒドロキシアルキル基；メトキ
シ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキ
シ、イソブトキシ、tert−ブトキシ、ペンチルオキシ、
ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、ノ
ニルオキシ、デシルオキシ、ウンデシルオキシ、ドデシ
ルオキシ、トリデシルオキシ、テトラデシルオキシ、ペ
ンタデシルオキシ、ペンタデシルオキシ等のアルコキシ
ル基；メルカプト基；メチルチオ、エチルチオ、プロピ
ルチオ、ブチルチオ、ヘキシルチオ等のアルキルチオ
基；ベンジルチオ、フェニルチオ等の置換基を有してい
てもよいアラルキルチオ基またはアリールチオ基；アミ
ノ、メチルアミノ、エチルアミノ、プロピルアミノ、イ
ソプロピルアミノ、ブチルアミノ、ヘキシルアミノ、ジ
メチルアミノ、メチルエチルアミノ、ジエチルアミノ、
ジプロピルアミノ、ジブチルアミノ等のアルキル基を有
していてもよいアミノ基；ベンジルアミノ、ベンズヒド
リル、トリチルアミノ等のアラルキルアミノ基またはア
リールアミノ基；フッ素、塩素、ヨウ素等のハロゲン原
子；上記ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基、アル
コキシル基、メルカプト基、アルキルチオ基、置換基を
有していてもよいアラルキルチオ基またはアリールチオ
基、アルキル基を有していてもよいアミノ基、アラルキ
ルアミノ基、アリールアミノ基等に、ハロゲン原子が置
換したフェニル基、アルキル基、フェニル基等が置換し
た基などがあげられる。
おいてＺで表される基のうち、電子供与性基としては、
メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、te
rt−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチ
ル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシ
ル、テトラデシル、ペンタデシル等のアルキル基；ヒド
ロキシル基；メチロール、２−ヒドロキシエチル、３−
ヒドロキシプロピル等のヒドロキシアルキル基；メトキ
シ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキ
シ、イソブトキシ、tert−ブトキシ、ペンチルオキシ、
ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、ノ
ニルオキシ、デシルオキシ、ウンデシルオキシ、ドデシ
ルオキシ、トリデシルオキシ、テトラデシルオキシ、ペ
ンタデシルオキシ、ペンタデシルオキシ等のアルコキシ
ル基；メルカプト基；メチルチオ、エチルチオ、プロピ
ルチオ、ブチルチオ、ヘキシルチオ等のアルキルチオ
基；ベンジルチオ、フェニルチオ等の置換基を有してい
てもよいアラルキルチオ基またはアリールチオ基；アミ
ノ、メチルアミノ、エチルアミノ、プロピルアミノ、イ
ソプロピルアミノ、ブチルアミノ、ヘキシルアミノ、ジ
メチルアミノ、メチルエチルアミノ、ジエチルアミノ、
ジプロピルアミノ、ジブチルアミノ等のアルキル基を有
していてもよいアミノ基；ベンジルアミノ、ベンズヒド
リル、トリチルアミノ等のアラルキルアミノ基またはア
リールアミノ基；フッ素、塩素、ヨウ素等のハロゲン原
子；上記ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基、アル
コキシル基、メルカプト基、アルキルチオ基、置換基を
有していてもよいアラルキルチオ基またはアリールチオ
基、アルキル基を有していてもよいアミノ基、アラルキ
ルアミノ基、アリールアミノ基等に、ハロゲン原子が置
換したフェニル基、アルキル基、フェニル基等が置換し
た基などがあげられる。
【００１７】さらに、前記一般式(I) で表される化合物
において、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 で表される基のう
ち、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ
素が例示され、有機基としては、前記電子吸引性基およ
び電子供与性基の中の有機基のうち、酸素原子、硫黄原
子等のカルコゲン原子を除いたものがあげられる。上記
例示の中でも、一般式(I) 中のＺが酸素原子、Ｒ1 ，Ｒ
2，Ｒ3 ，Ｒ4 が何れも水素原子、ｎが３以上の整数で
ある化合物は、３次の分子超分極率γが大きいため、非
線形感受率および高速応答性に優れており、最も好まし
いものとしてあげられる。
において、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 で表される基のう
ち、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ
素が例示され、有機基としては、前記電子吸引性基およ
び電子供与性基の中の有機基のうち、酸素原子、硫黄原
子等のカルコゲン原子を除いたものがあげられる。上記
例示の中でも、一般式(I) 中のＺが酸素原子、Ｒ1 ，Ｒ
2，Ｒ3 ，Ｒ4 が何れも水素原子、ｎが３以上の整数で
ある化合物は、３次の分子超分極率γが大きいため、非
線形感受率および高速応答性に優れており、最も好まし
いものとしてあげられる。
【００１８】本発明の有機非線形光学材料は、高分子、
クラスレイト化合物（包接化合物）、固溶体、液晶等の
宿主格子中に包有した状態、支持体上に沈積した薄層の
状態（ラングミュア−プロジェットの単分子層）、単結
晶、粉末、溶液等の、種々の形態で使用することができ
る。以上詳述したように、本発明の有機非線形光学材料
は、高い３次の非線形光学効果を示すため、例えば、位
相変調素子、位相共役光学素子、振幅変調素子、周波数
変調素子、パルス変調素子、偏面波変調素子等の光変調
素子や、光記憶素子、光パルス波形制御素子、光リミッ
タ、微分増幅素子、光トランジスタ、Ａ／Ｄ変換素子、
光論理素子、光マルチバイブレータ、光フリップフロッ
プ回路等の光双安定素子、あるいは、第３高調波発生素
子等に、好適に使用することができる。
クラスレイト化合物（包接化合物）、固溶体、液晶等の
宿主格子中に包有した状態、支持体上に沈積した薄層の
状態（ラングミュア−プロジェットの単分子層）、単結
晶、粉末、溶液等の、種々の形態で使用することができ
る。以上詳述したように、本発明の有機非線形光学材料
は、高い３次の非線形光学効果を示すため、例えば、位
相変調素子、位相共役光学素子、振幅変調素子、周波数
変調素子、パルス変調素子、偏面波変調素子等の光変調
素子や、光記憶素子、光パルス波形制御素子、光リミッ
タ、微分増幅素子、光トランジスタ、Ａ／Ｄ変換素子、
光論理素子、光マルチバイブレータ、光フリップフロッ
プ回路等の光双安定素子、あるいは、第３高調波発生素
子等に、好適に使用することができる。
【００１９】本発明の有機非線形光学材料から、上記各
種の素子を製造する場合には、通常、当該有機非線形光
学材料そのものを素子として用いればよい。また、導波
路型の素子を形成すれば、当該導波路内に光を閉じ込め
ることが可能なため光パワー密度が大きくなり、しか
も、相互作用長を長くすることができるので、上記素子
の作動パワーを低くすることができる。
種の素子を製造する場合には、通常、当該有機非線形光
学材料そのものを素子として用いればよい。また、導波
路型の素子を形成すれば、当該導波路内に光を閉じ込め
ることが可能なため光パワー密度が大きくなり、しか
も、相互作用長を長くすることができるので、上記素子
の作動パワーを低くすることができる。
【００２０】光導波路を形成するには、例えば本発明の
有機非線形光学材料を、等方性媒質からなる光導波路基
板上もしくは基板間で薄膜化する必要がある。有機非線
形光学材料の薄膜は、結晶またはアモルファス状の何れ
かに形成されるが、当該有機非線形光学材料の有する非
線形性を最大限に発揮させるには、結晶の方が好まし
い。
有機非線形光学材料を、等方性媒質からなる光導波路基
板上もしくは基板間で薄膜化する必要がある。有機非線
形光学材料の薄膜は、結晶またはアモルファス状の何れ
かに形成されるが、当該有機非線形光学材料の有する非
線形性を最大限に発揮させるには、結晶の方が好まし
い。
【００２１】有機非線形光学材料の結晶を、光導波路基
板上もしくは基板間で成長させて薄膜化する方法として
は、有機非線形光学材料を加熱溶融した後、ゆっくりと
冷却して結晶を析出させる方法、有機非線形光学材料を
適当な有機溶媒に溶解した溶液から、結晶を析出させる
方法、基板上に、真空蒸着法、高周波スパッタリング法
等によって結晶を析出させる方法等が採用される。
板上もしくは基板間で成長させて薄膜化する方法として
は、有機非線形光学材料を加熱溶融した後、ゆっくりと
冷却して結晶を析出させる方法、有機非線形光学材料を
適当な有機溶媒に溶解した溶液から、結晶を析出させる
方法、基板上に、真空蒸着法、高周波スパッタリング法
等によって結晶を析出させる方法等が採用される。
【００２２】さらに、場合によっては、基板の表面を配
向処理剤で処理した後、上記のように有機非線形光学材
料を結晶成長させてもよい。配向処理剤としては、無機
塩および有機塩（例えば臭化ヘキサデシルトリメチルア
ンモニウムなど）、適当な高分子（例えばポリアミドな
ど）からなる薄膜、金属錯体、金属薄膜（例えば斜め蒸
着した金薄膜など）等が例示される。
向処理剤で処理した後、上記のように有機非線形光学材
料を結晶成長させてもよい。配向処理剤としては、無機
塩および有機塩（例えば臭化ヘキサデシルトリメチルア
ンモニウムなど）、適当な高分子（例えばポリアミドな
ど）からなる薄膜、金属錯体、金属薄膜（例えば斜め蒸
着した金薄膜など）等が例示される。
【００２３】また、上記配向処理に代えて、表面にグレ
ーティングを形成した基板を用いることもできる。グレ
ーティングは、フォトリソグラフィーにより形成したマ
スクを用いて、気相もしくは液相エッチングにより形成
する方法の他、ラビング法やラングミュア−ブロジェッ
ト法によって、基板上に薄膜層を形成する方法等により
形成することができる。
ーティングを形成した基板を用いることもできる。グレ
ーティングは、フォトリソグラフィーにより形成したマ
スクを用いて、気相もしくは液相エッチングにより形成
する方法の他、ラビング法やラングミュア−ブロジェッ
ト法によって、基板上に薄膜層を形成する方法等により
形成することができる。
【００２４】
【実施例】以下に、実施例に基づいて、本発明をより詳
細に説明する。π電子共役系化合物の検討 下記の繰り返し単位を有する本発明化合物、並びに代表
的なπ電子共役系化合物について、励起波長１．９０７
μｍの条件における３次の分子超分極率γと、炭素原子
数との関係を、前記ＰＰＰ−ＭＯ法により計算した。
細に説明する。π電子共役系化合物の検討 下記の繰り返し単位を有する本発明化合物、並びに代表
的なπ電子共役系化合物について、励起波長１．９０７
μｍの条件における３次の分子超分極率γと、炭素原子
数との関係を、前記ＰＰＰ−ＭＯ法により計算した。
【００２５】
【化４】
【００２６】結果を図１に示す。なお、図中の各線は、
それぞれ、下記の化合物における計算結果に相当してい
る。 −△−△−：上記一般式(i) の繰り返し単位を有する本
発明化合物 −●−●−：上記一般式(ii)の繰り返し単位を有するポ
リアセチレン系化合物 −○−○−：上記一般式(iii) の繰り返し単位を有する
ポリアセン系化合物 −▲−▲−：上記一般式(iv)の繰り返し単位を有するポ
リパラフェニレン系化合物 図１の結果より、本発明化合物は、炭素数に関係なく、
ポリアセン系化合物やポリパラフェニレン系化合物に比
べて、常に高い３次の分子超分極率γを示し、このこと
から、従来公知の上記両化合物より、高い非線形感受率
と、高速応答性とを有するものであることが予測され
た。
それぞれ、下記の化合物における計算結果に相当してい
る。 −△−△−：上記一般式(i) の繰り返し単位を有する本
発明化合物 −●−●−：上記一般式(ii)の繰り返し単位を有するポ
リアセチレン系化合物 −○−○−：上記一般式(iii) の繰り返し単位を有する
ポリアセン系化合物 −▲−▲−：上記一般式(iv)の繰り返し単位を有するポ
リパラフェニレン系化合物 図１の結果より、本発明化合物は、炭素数に関係なく、
ポリアセン系化合物やポリパラフェニレン系化合物に比
べて、常に高い３次の分子超分極率γを示し、このこと
から、従来公知の上記両化合物より、高い非線形感受率
と、高速応答性とを有するものであることが予測され
た。
【００２７】また、高い非線形感受率を有することが知
られているポリアセチレン系化合物と比較すると、本発
明化合物は、炭素数２０以上で、ポリアセチレン系化合
物を上回る３次の分子超分極率γを示し、このことか
ら、本発明化合物の中でも、前記一般式(I) 中のｎが３
以上の化合物が、より好適であることが判った。実施例１ ４−フェニルフェノール１０ｇ（０．０６モル）をニト
ロベンゼン５０mlに溶解し、攪拌しつつ、無水塩化アル
ミニウム粉末９．４ｇ（０．０７モル）を加えた後、液
温を８０℃に加温して４時間攪拌した。そして、４時間
経過後、加温を停止して放冷し、さらに、５００mlの蒸
留水中に加えて希釈して、反応を停止させた。
られているポリアセチレン系化合物と比較すると、本発
明化合物は、炭素数２０以上で、ポリアセチレン系化合
物を上回る３次の分子超分極率γを示し、このことか
ら、本発明化合物の中でも、前記一般式(I) 中のｎが３
以上の化合物が、より好適であることが判った。実施例１ ４−フェニルフェノール１０ｇ（０．０６モル）をニト
ロベンゼン５０mlに溶解し、攪拌しつつ、無水塩化アル
ミニウム粉末９．４ｇ（０．０７モル）を加えた後、液
温を８０℃に加温して４時間攪拌した。そして、４時間
経過後、加温を停止して放冷し、さらに、５００mlの蒸
留水中に加えて希釈して、反応を停止させた。
【００２８】つぎに、反応生成物をジクロロメタンによ
り抽出し、抽出液を蒸留水で洗浄した後、無水硫酸ナト
リウムで脱水し、さらに、無水硫酸ナトリウムをろ別し
た後、溶媒を留去して固体状の反応生成物を得た。得ら
れた反応生成物を、ジクロロメタンを展開溶媒として、
シリカゲルカラムによって分離して、白色の固体を得
た。
り抽出し、抽出液を蒸留水で洗浄した後、無水硫酸ナト
リウムで脱水し、さらに、無水硫酸ナトリウムをろ別し
た後、溶媒を留去して固体状の反応生成物を得た。得ら
れた反応生成物を、ジクロロメタンを展開溶媒として、
シリカゲルカラムによって分離して、白色の固体を得
た。
【００２９】つぎに、この固体２ｇを１，４−ジオキサ
ン２００mlに溶解して溶液を作製し、この溶液を、氷冷
下、酢酸鉛４ｇと酢酸８０mlとの懸濁溶液中に、攪拌し
つつ滴下した後、室温で１時間攪拌した。１時間経過
後、反応液を冷蔵庫中で冷却して固体を析出させ、析出
した固体をろ別して、この固体を蒸留水およびヘキサン
で順に洗浄した後、風乾した。そして、上記固体を、ジ
クロロメタンを展開溶媒として、シリカゲルカラムによ
って分離して、茶色の固体を得た。
ン２００mlに溶解して溶液を作製し、この溶液を、氷冷
下、酢酸鉛４ｇと酢酸８０mlとの懸濁溶液中に、攪拌し
つつ滴下した後、室温で１時間攪拌した。１時間経過
後、反応液を冷蔵庫中で冷却して固体を析出させ、析出
した固体をろ別して、この固体を蒸留水およびヘキサン
で順に洗浄した後、風乾した。そして、上記固体を、ジ
クロロメタンを展開溶媒として、シリカゲルカラムによ
って分離して、茶色の固体を得た。
【００３０】得られた固体について、赤外分光分析法
（ＩＲ）、質量分析法により化合物の同定を行ったとこ
ろ、下記式(V) で表される、１，１’：４’，１''：
４''，１''' −テトラフェニル−４，４''''−キノン
（以下「ＴＰＱ」という）であることが確認された。
（ＩＲ）、質量分析法により化合物の同定を行ったとこ
ろ、下記式(V) で表される、１，１’：４’，１''：
４''，１''' −テトラフェニル−４，４''''−キノン
（以下「ＴＰＱ」という）であることが確認された。
【００３１】
【化５】
【００３２】実施例２ ４，４’−ビフェノール２．０ｇ（０．０１０７モル）
を１，４−ジオキサン１６０mlに溶解して溶液を作製
し、この溶液を、氷冷下、酢酸鉛７．１ｇ（０．０１６
モル）と酢酸１４０mlとの懸濁溶液中に、攪拌しつつ滴
下した後、室温で１時間攪拌した。
を１，４−ジオキサン１６０mlに溶解して溶液を作製
し、この溶液を、氷冷下、酢酸鉛７．１ｇ（０．０１６
モル）と酢酸１４０mlとの懸濁溶液中に、攪拌しつつ滴
下した後、室温で１時間攪拌した。
【００３３】１時間経過後、反応液を冷蔵庫中で冷却し
て固体を析出させ、析出した固体をろ別して、この固体
を蒸留水およびヘキサンで順に洗浄した後、風乾した。
そして、上記固体を、ジクロロメタンを展開溶媒とし
て、シリカゲルカラムによって分離して、茶色の固体を
得た。得られた固体について、実施例１と同様にして化
合物の同定を行ったところ、下記式(VI)で表される、
１，１’−ビフェニル−４，４''−キノン（以下「ＢＰ
Ｑ」という）であることが確認された。
て固体を析出させ、析出した固体をろ別して、この固体
を蒸留水およびヘキサンで順に洗浄した後、風乾した。
そして、上記固体を、ジクロロメタンを展開溶媒とし
て、シリカゲルカラムによって分離して、茶色の固体を
得た。得られた固体について、実施例１と同様にして化
合物の同定を行ったところ、下記式(VI)で表される、
１，１’−ビフェニル−４，４''−キノン（以下「ＢＰ
Ｑ」という）であることが確認された。
【００３４】
【化６】
【００３５】実施例３ 下記式(VII) で表されるｐ−ベンゾキノン（以下「ＰＢ
Ｑ」という）の市販品を常法によって精製して、黄色の
粉末を得た。
Ｑ」という）の市販品を常法によって精製して、黄色の
粉末を得た。
【００３６】
【化７】
【００３７】評価試験１ 上記実施例１〜３の化合物を、それぞれ１，４−ジオキ
サンに溶解して溶液を作製し、可視光領域における吸収
極大波長を測定した。この実測値と、各化合物の吸収極
大波長の理論値とを表１に示す。
サンに溶解して溶液を作製し、可視光領域における吸収
極大波長を測定した。この実測値と、各化合物の吸収極
大波長の理論値とを表１に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】上記表１の結果より、何れの化合物も、ほ
ぼ理論値に近い吸収極大波長を示し、このことから、ほ
ぼ各式に示す通りの構造を有することが確認された。評価試験２ 上記実施例１〜３の化合物について、S.K.Kurtz ，T.T.
Perry ，J.Apply.Phys. ，39，3798（1968）所載の方法
に準じた下記の測定方法により、発生する第３高調波の
強度を測定したところ、何れの化合物からも強い第３高
調波が観測された。
ぼ理論値に近い吸収極大波長を示し、このことから、ほ
ぼ各式に示す通りの構造を有することが確認された。評価試験２ 上記実施例１〜３の化合物について、S.K.Kurtz ，T.T.
Perry ，J.Apply.Phys. ，39，3798（1968）所載の方法
に準じた下記の測定方法により、発生する第３高調波の
強度を測定したところ、何れの化合物からも強い第３高
調波が観測された。
【００４０】・測定方法 上記各化合物の結晶の粉末をそれぞれガラスセルに詰
め、このガラスセルに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと色素レー
ザとの差周波発生により得た、波長１．９０７μｍの光
を照射して、セルから出る光に含まれる、波長６３６nm
の第３高調波の強度を、光電子倍増管を用いて測定し
た。
め、このガラスセルに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと色素レー
ザとの差周波発生により得た、波長１．９０７μｍの光
を照射して、セルから出る光に含まれる、波長６３６nm
の第３高調波の強度を、光電子倍増管を用いて測定し
た。
【００４１】また、上記各化合物について、励起波長
１．９０７μｍの条件における３次の分子超分極率γ
を、前記ＰＰＰ−ＭＯ法により計算したところ、表２に
示すように、何れの化合物も大きい３次の分子超分極率
γを示すが、前記一般式(I) 中のｎが大きくなる程、３
次の分子超分極率γも大きくなり、特に、ｎが３を超え
る実施例１のＴＰＱが最も大きい３次の分子超分極率γ
を示すことが判った。
１．９０７μｍの条件における３次の分子超分極率γ
を、前記ＰＰＰ−ＭＯ法により計算したところ、表２に
示すように、何れの化合物も大きい３次の分子超分極率
γを示すが、前記一般式(I) 中のｎが大きくなる程、３
次の分子超分極率γも大きくなり、特に、ｎが３を超え
る実施例１のＴＰＱが最も大きい３次の分子超分極率γ
を示すことが判った。
【００４２】
【表２】
【００４３】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の有機非
線形光学材料は、高い非線形感受率と、高速応答性とを
有するものであるため、特に、３次の非線形光学材料と
して、高速光スイッチや光双安定素子等の、将来的な光
情報処理システムにおけるキーデバイスに好適に使用す
ることができる。
線形光学材料は、高い非線形感受率と、高速応答性とを
有するものであるため、特に、３次の非線形光学材料と
して、高速光スイッチや光双安定素子等の、将来的な光
情報処理システムにおけるキーデバイスに好適に使用す
ることができる。
【図１】本発明化合物および代表的なπ電子共役系化合
物における、３次の分子超分極率γと、炭素原子数との
関係を示すグラフである。
物における、３次の分子超分極率γと、炭素原子数との
関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】下記一般式(I) で表される化合物からなる
ことを特徴とする有機非線形光学材料。 【化１】 〔式中Ｚは電子吸引性基または電子供与性基を表し、Ｒ
1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 は、それぞれ、同一または異なっ
て、水素原子、ハロゲン原子または有機基を表す。ｎは
正の整数を表す。〕 - 【請求項２】上記一般式(I) 中のＺが酸素原子、Ｒ1 ，
Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 が何れも水素原子、ｎが３以上の整数
である請求項１記載の有機非線形光学材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24336391A JPH0580374A (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 有機非線形光学材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24336391A JPH0580374A (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 有機非線形光学材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0580374A true JPH0580374A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17102731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24336391A Pending JPH0580374A (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 有機非線形光学材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0580374A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1598877A1 (en) * | 2003-02-17 | 2005-11-23 | Fuji Electric Holdings Co., Ltd. | Switching element |
| JP2007077091A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Osaka Univ | 二光子吸収材料 |
| US7227178B2 (en) | 2003-02-14 | 2007-06-05 | Fuji Electric Holdings Co., Ltd. | Switching element |
-
1991
- 1991-09-24 JP JP24336391A patent/JPH0580374A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7227178B2 (en) | 2003-02-14 | 2007-06-05 | Fuji Electric Holdings Co., Ltd. | Switching element |
| EP1598877A1 (en) * | 2003-02-17 | 2005-11-23 | Fuji Electric Holdings Co., Ltd. | Switching element |
| EP1598877A4 (en) * | 2003-02-17 | 2006-09-13 | Fuji Electric Holdings | SWITCHING ELEMENT |
| US7786470B2 (en) | 2003-02-17 | 2010-08-31 | Fuji Electric Holdings Co., Ltd. | Switching element |
| JP2007077091A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Osaka Univ | 二光子吸収材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS61296332A (ja) | 高性能非線形光学基体 | |
| Kiran et al. | Designing novel chalcone single crystals with ultrafast nonlinear optical responses and large multi-photon absorption coefficients | |
| JPH10333195A (ja) | フォトリフラクティブ材料組成物 | |
| JPH0580374A (ja) | 有機非線形光学材料 | |
| US5679808A (en) | Tertiary non-linear optical material | |
| JPS63261233A (ja) | ２次の非線形光学材料 | |
| JPH05158090A (ja) | 有機非線形光学材料 | |
| JPH0588220A (ja) | 有機非線形光学材料 | |
| JPH05107576A (ja) | 有機非線形光学材料 | |
| JP2539849B2 (ja) | 非線形光学材料とそれを用いた非線形光学素子 | |
| JP2539850B2 (ja) | 非線形光学材料とそれを用いた非線形光学素子 | |
| JPH04277724A (ja) | 有機非線形光学材料 | |
| JPS6321627A (ja) | 重水素置換有機非線形光学化合物 | |
| JPH0695185A (ja) | 有機非線形光学材料 | |
| JPH0532587A (ja) | 新規芳香族化合物及び非線形光学材料 | |
| JP2763224B2 (ja) | 有機非線形光学材料 | |
| JPH036537A (ja) | 有機非線形光学材料とそれを用いた非線形光学素子 | |
| JPH0611747A (ja) | 非線形光学材料およびこれを用いた非線形光学素子 | |
| JP2901763B2 (ja) | 有機非線形光学材料およびその材料を使用した有機非線形光学薄膜素子 | |
| JPH01101523A (ja) | 非線形光学材料とそれを用いた非線形光学素子 | |
| JPH06340593A (ja) | テトラヒドロナフタレノン誘導体およびそれを含有する層素子 | |
| JPH0532606A (ja) | 新規芳香族化合物及び非線形光学材料 | |
| JPH05165073A (ja) | 有機非線形光学材料 | |
| JP2004210693A (ja) | 有機光導電性化合物及びこれを用いたフォトリフラクティブ材料 | |
| JPH05188416A (ja) | 有機非線形光学材料 |