JPH06228113A - Molecular crystal and wavelength shift of light using the same molecular crystal - Google Patents

Molecular crystal and wavelength shift of light using the same molecular crystal

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JPH06228113A
JPH06228113A JP1261193A JP1261193A JPH06228113A JP H06228113 A JPH06228113 A JP H06228113A JP 1261193 A JP1261193 A JP 1261193A JP 1261193 A JP1261193 A JP 1261193A JP H06228113 A JPH06228113 A JP H06228113A
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JP
Japan
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crystal
light
wavelength conversion
nonlinear optical
axis
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Application number
JP1261193A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Okazaki
正樹 岡崎
Makoto Ishihara
信 石原
Kazumi Kubo
和美 久保
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06228113A publication Critical patent/JPH06228113A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a molecular crystal exhibiting a high blue light transmission, having a secondary nonlinear optical effect because of its molecular arrangement not containing an inversional symmetry, useful for generation of a converted wave especially within a range of blue color and having a specified molecular arrangement. CONSTITUTION:A molecular crystal having a monoclinic system composed of a molecule represented by the formula and a P21 space group. The crystal structure of the compound of the formula is shown in the figure [(a) to (c) are the respective crystal axes] and this compound can be obtained by reacting a corresponding aldehyde with a corresponding ketone in the presence of a base catalyst. This molecular crystal is useful as a nonlinear optical material for shifting the wavelength of light using laser light and a nonlinear optical material. This conversion of light is carried out by utilizing responsibility related to shift of the wavelength of light among nonlinear response properties of this molecular crystal. Further, this molecular crystal can provide a light wavelength changing module exhibiting a high efficiency of wavelength change and capable of readily generating the second higher harmonic waves in the range of blue color.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は非線形光学材料として有
用な分子性結晶に関する。また、分子性結晶を非線形光
学材料として用いた光波長の変換方法および光波長変換
モジュールに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a molecular crystal useful as a nonlinear optical material. The present invention also relates to a light wavelength conversion method and a light wavelength conversion module using a molecular crystal as a nonlinear optical material.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、非線形光学材料−レーザー光のよ
うな強い光電界を与えたときに現われる、分極と電界と
の間の非線形性−を有した材料が注目を集めている。か
かる材料は、一般に非線形光学材料として知られてお
り、例えば次のものなどに詳しく記載されている。“ノ
ンリニア・オプティカル・プロパティーズ・オブ・オー
ガニック・アンド・ポリメリック・マテリアル”エー・
シー・エス・シンポジウム・シリーズ233 デビット
・ジェイ・ウイリアムス編(アメリカ化学協会1983
年刊)「“Nonlinear Optical Properties of Organic
and Polymeric Material” ACS SYMPOSIUM SERIES 23
3 David J. Williams 編 (American Chemical Societ
y,1983年刊)」、「有機非線形光学材料」加藤正
雄、中西八郎監修(シー・エム・シー社、1985年
刊、“ノンリニア・オプティカル・プロパティーズ・オ
ブ・オーガニック・モレキュールズ・アンド・クリスタ
ルズ”第1巻および第2巻、ディー・エス・シュムラお
よびジェイ・ジス編(アカデミック・プレス社1987
年刊)「"Nonlinear Optical Properties of Organic M
olecules and Crystals" vol 1および2 D.S.Chemla
and J.Zyss編(Academic Press社刊)。
2. Description of the Related Art In recent years, a material having a non-linear optical material-a non-linearity between a polarization and an electric field, which appears when a strong optical electric field such as laser light is applied, has been attracting attention. Such materials are generally known as nonlinear optical materials and are described in detail in, for example, the following. "Nonlinear Optical Properties of Organic and Polymeric Materials"
C.S. Symposium Series 233 Edited by David Jay Williams (American Chemistry Society 1983)
Annual) "" Nonlinear Optical Properties of Organic
and Polymeric Material ”ACS SYMPOSIUM SERIES 23
3 Edited by David J. Williams (American Chemical Societ
y, 1983) "," Organic Nonlinear Optical Materials ", supervised by Masao Kato, Hachiro Nakanishi (CMC, Inc., 1985," Nonlinear Optical Properties of Organic Moleculars and Crystals ") Volumes 1 and 2, edited by DS Schmula and Jay Jiss (Academic Press, 1987)
Annual publication) "" Nonlinear Optical Properties of Organic M
olecules and Crystals "vol 1 and 2 DSChemla
and edited by J. Zyss (Academic Press).

【0003】非線形光学材料の用途の1つに、2次の非
線形光学効果に基づいた第2高調波発生(SHG)およ
び和周波、差周波を用いた波長変換デバイスがある。こ
れまで実用上用いられているものは、ニオブ酸リチウム
に代表される無機質のペロブスカイト類である。しかし
最近になり、電子供与基および電子吸引基を有するπ電
子共役系有機化合物は前述の無機質を大きく上回る、非
線形光学材料としての諸性能を有していることが知られ
るようになった。より高性能の非線形光学材料の形成に
は、分子状態での非線形感受率の高い化合物を、反転対
称性を生じない様に配列させる必要がある。このうちの
一つである高い非線形感受率の発現にはπ電子共役鎖の
長い化合物が有用であることが知られており、前述の文
献にも種々記載されているが、それらの化合物において
は自明の如く吸収極大波長が長波長化し、例えば青色光
の透過率の低下を招き、第二高調波としての青色光の発
生に障害となる。このことは、p−ニトロアニリン誘導
体においても生じており、第二高調波発生の効率にその
波長の透過率の影響が大きいことは、アライン・アゼマ
他著、プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー、
400巻、ニュー・オプティカル・マテリアルズ(Alai
n Azema 他著、Proceedings of SPIE 、400巻、New
Optical Materials), (1983)186頁第4図より
明らかである。
One of the applications of the nonlinear optical material is a second harmonic generation (SHG) based on the second-order nonlinear optical effect and a wavelength conversion device using a sum frequency and a difference frequency. So far, those which have been practically used are inorganic perovskites represented by lithium niobate. However, recently, it has become known that a π-electron conjugated organic compound having an electron-donating group and an electron-withdrawing group has various performances as a nonlinear optical material, which greatly exceeds the above-mentioned inorganic substances. In order to form a higher performance non-linear optical material, it is necessary to arrange compounds having a high non-linear susceptibility in a molecular state so as not to generate inversion symmetry. It is known that a compound having a long π-electron conjugated chain is useful for the expression of a high non-linear susceptibility, which is one of them, and various compounds are described in the above-mentioned documents. Obviously, the maximum absorption wavelength becomes longer, and the transmittance of blue light decreases, for example, which hinders the generation of blue light as the second harmonic. This also occurs in the p-nitroaniline derivative, and the fact that the transmittance of the wavelength has a large influence on the efficiency of the second harmonic generation is due to Alain Azema et al., Proceedings of SPII,
Volume 400, New Optical Materials (Alai
n Azema et al., Proceedings of SPIE, Volume 400, New
Optical Materials), (1983) page 186, FIG.

【0004】従って青色光に対する透過率の高い非線形
光学材料の出現が望まれている。従来、ニトロアニリン
のベンゼン核の炭素原子を窒素原子などで置き換えるこ
とが検討されて来たが必ずしも満足のいく結果は得られ
ていない。また、本出願人はより優れた方法について、
特開昭62−210430号および特開昭62−210
432号公報にて開示した。更に、特開昭62−599
34号、特開昭63−23136号、特開昭63−26
638号、特公昭63−31768号、特開昭63−1
63827号、特開昭63−146025号、特開昭6
3−85526号、特開昭63−239427号、特開
平1−100521号、特開昭64−56425号、特
開平1−102529号、特開平1−102530号、
特開平1−237625号、特開平1−207724号
公報などに多くの材料が開示されている。しかしなが
ら、先に述べたように2次の非線形光学材料として有用
であるためには、分子状態での性能のみでは不十分であ
り、集合状態での分子配列に反転対称性の無いことが必
須である。しかるに現状では分子配列を予想することは
極めて困難であり、また全有機化合物中での存在確率も
高いものではない。
Therefore, the advent of a nonlinear optical material having a high transmittance for blue light is desired. Conventionally, replacement of carbon atoms in the benzene nucleus of nitroaniline with nitrogen atoms has been studied, but satisfactory results have not necessarily been obtained. In addition, the applicant of the better method,
JP-A-62-210430 and JP-A-62-210
It was disclosed in Japanese Patent No. 432. Further, JP-A-62-599
34, JP-A-63-23136, JP-A-63-26
No. 638, Japanese Patent Publication No. 63-31768, and Japanese Patent Laid-Open No. 63-1.
63827, JP-A-63-146025, JP-A-6-
3-85526, JP-A-63-239427, JP-A-1-100521, JP-A-64-56425, JP-A-1-102529, JP-A-1-102530,
Many materials are disclosed in JP-A-1-237625, JP-A-1-207724 and the like. However, as described above, in order to be useful as a second-order nonlinear optical material, the performance in the molecular state alone is insufficient, and it is essential that the molecular arrangement in the aggregated state has no inversion symmetry. is there. However, at present, it is extremely difficult to predict the molecular arrangement, and the existence probability in all organic compounds is not high.

【0005】また、波長変換のための素子として用いる
場合には、結晶中での分子の配列を十分考慮する必要が
あるものの、上記のものの多くはその点の考慮が必ずし
も十分にされていない。更に、現在に至るまで有機非線
形光学材料を用いた波長変換素子が商品として世に出現
していない。この理由としては、例えば下記のことが考
えられる。まず第一に大部分の化合物において、粉末法
SHGの評価にのみ頼っており、単結晶における分子配
列と入射基本波および出射変換波の偏光方向や角度との
関係について考慮されていない。また上記のような非線
形光学材料を用いてファイバー型の光波長変換素子を形
成する場合、各材料の最大の非線形光学定数を利用し得
る方向に結晶が配向しないので、結局その光波長変換素
子の波長変換効率はさほど高くないものとなってしま
う。また光波長変換素子の波長変換効率は素子が長いほ
ど高くなるが、上述のような材料は均一な単結晶を得る
のが難しく、そのため長い光波長変換素子を作成するの
には不向きであるという問題もある。
Further, when it is used as an element for wavelength conversion, it is necessary to sufficiently consider the arrangement of molecules in the crystal, but most of the above-mentioned ones are not always sufficiently considered. Furthermore, until now, no wavelength conversion element using an organic nonlinear optical material has appeared in the world as a product. The reason for this is considered as follows, for example. First of all, most compounds rely only on the evaluation of the powder method SHG, and do not consider the relationship between the molecular arrangement in the single crystal and the polarization directions and angles of the incident fundamental wave and the emitted converted wave. Further, when a fiber type optical wavelength conversion element is formed using the above-mentioned nonlinear optical material, the crystal is not oriented in a direction in which the maximum nonlinear optical constant of each material can be used, so that the optical wavelength conversion element The wavelength conversion efficiency will not be so high. Further, the wavelength conversion efficiency of the light wavelength conversion element increases as the element length increases, but it is difficult to obtain a uniform single crystal with the above-mentioned materials, and thus it is unsuitable for making a long light wavelength conversion element. There are also problems.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の第一の
目的は、青色光透過性に優れ且つ反転対称性のない波長
変換素子に適した分子配列を有する分子性結晶を提供す
ることである。第二の目的は、非線形応答性のうち光波
長の変換に関する応答性を利用した方法を提供すること
にある。第三の目的は、波長変換効率が高く、そして青
色領域の第2高調波も容易に得ることができる光波長変
換モジュールを提供することを目的とするものである。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a molecular crystal having a molecular arrangement suitable for a wavelength conversion element which is excellent in blue light transmission and has no inversion symmetry. . A second object is to provide a method utilizing the responsivity related to the conversion of the light wavelength among the non-linear responsivities. A third object is to provide an optical wavelength conversion module having high wavelength conversion efficiency and capable of easily obtaining the second harmonic in the blue region.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
を重ねた結果、下記の式(1)で表わされる分子によっ
て構成されることを特徴とする分子性結晶により、本発
明の目的が達成可能なことを見出した。 式(1)
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the inventors of the present invention obtained a molecular crystal characterized by being composed of a molecule represented by the following formula (1). Found that can be achieved. Formula (1)

【0008】[0008]

【化2】 [Chemical 2]

【0009】式(1)の化合物の合成は、一般的にはい
わゆるアルドール縮合反応を用いることにより達成でき
る。すなわち、対応するアルドヒドとケトンとを塩基触
媒の存在下に反応させることにより合成可能である。塩
基触媒としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウム、水素化ナトリウム、ナトリウムメトキシド、ナト
リウムエトキシド、カリウム−t−ブトキシド、ピリジ
ン、トリエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ〔5,
4,0〕−7−ウンデセン(DBU)、炭酸ナトリウ
ム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、酢酸ナトリウ
ム、酢酸カリウムが挙げられる。水酸化物およびアルコ
キシドが好ましく、中でも水酸化物が好ましい。
The synthesis of compounds of formula (1) can generally be accomplished by using the so-called aldol condensation reaction. That is, it can be synthesized by reacting the corresponding aldehyde and ketone in the presence of a base catalyst. Examples of the base catalyst include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydride, sodium methoxide, sodium ethoxide, potassium-t-butoxide, pyridine, triethylamine, 1,8-diazabicyclo [5,5].
4,0] -7-undecene (DBU), sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium acetate, potassium acetate. Hydroxides and alkoxides are preferred, of which hydroxides are preferred.

【0010】反応に用いる触媒としては、N,N−ジメ
チルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド
(DMSO)などの極性溶媒から、ベンゼンやヘキサン
などの非極性溶媒までの範囲から選ぶことができる。D
MFやN,N−ジメチルアセトアミドなどの極性溶媒、
メタノールやエタノールなどのアルコール類、テトラヒ
ドロフランや1,2−ジメトキシエタンなどのエーテル
類が好ましく、中でもアルコール類が更に好ましく、ま
た上記のものの混合溶媒を用いることができる。反応温
度は−80°ないし150℃の範囲から選ぶことができ
る。−10°ないし100℃の範囲が好ましく、5℃な
いし85℃の範囲が更に好ましい。合成法の具体例は特
願平4−131159号明細書に記載されている。
The catalyst used in the reaction can be selected from a range of polar solvents such as N, N-dimethylformamide (DMF) and dimethylsulfoxide (DMSO) to nonpolar solvents such as benzene and hexane. D
Polar solvents such as MF and N, N-dimethylacetamide,
Alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as tetrahydrofuran and 1,2-dimethoxyethane are preferable, alcohols are more preferable, and a mixed solvent of the above can be used. The reaction temperature can be selected from the range of -80 ° to 150 ° C. The range from -10 ° to 100 ° C is preferable, and the range from 5 ° C to 85 ° C is more preferable. Specific examples of the synthesis method are described in Japanese Patent Application No. 4-131159.

【0011】次にここで得られた粉末を単結晶化するわ
けであるが、単結晶化の方法としては、溶媒蒸発法、温
度降下法、蒸気拡散法などの溶液法、ブリッジマン法な
どの融液法、また昇華による方法が挙げられる。単結晶
化に際しては、結晶工学ハンドブック編集委員会編“結
晶工学ハンドブック(共立出版、1971年刊)第VII
編、第8章の記載を参考にして行なうことができる。波
長変換の方法には、適当な大きさの単結晶を用い、角度
位相整合や温度位相整合によるもの、導波路を用いたチ
ェレンコフ放射による方法などがある。後者の例として
は、ファイバー型の光波長変換素子と光源装置とから構
成されたものがあり、本発明の場合には上記光波長変換
素子のコアとしては式(1)で示される非線形光学材料
を単結晶状態にして用い、またこのコアを構成する
(1)の結晶配向を、そのa軸が略コアの長軸方向に延
びる向きに設定し、一方光源装置は、上記a軸とほぼ直
交する結晶のb軸あるいはc軸の方向に直線偏光した基
本波を光波長変換素子に入射させるように構成したこと
を特徴とするものである。
Next, the powder obtained here is single-crystallized. Examples of the method for single-crystallization include solvent evaporation method, temperature drop method, solution method such as vapor diffusion method, Bridgman method and the like. The melt method and the method by sublimation are mentioned. For single crystallization, "Crystal Engineering Handbook (Kyoritsu Shuppan, 1971), Part VII, edited by the Crystal Engineering Handbook Editorial Committee
This can be done by referring to the description in Chapter 8 of the volume. Wavelength conversion methods include a method using angular phase matching and temperature phase matching using a single crystal of an appropriate size, and a method using Cherenkov radiation using a waveguide. An example of the latter is a fiber type optical wavelength conversion element and a light source device, and in the case of the present invention, the core of the optical wavelength conversion element is a nonlinear optical material represented by the formula (1). Is used in a single crystal state, and the crystal orientation of (1) constituting this core is set so that its a-axis extends substantially in the major axis direction of the core, while the light source device is substantially orthogonal to the a-axis. It is characterized in that the fundamental wave linearly polarized in the direction of the b-axis or the c-axis of the crystal is incident on the optical wavelength conversion element.

【0012】基本波として用いるレーザ光源としては例
えば表1のものが挙げられる。なお、基本波の波長に関
しては前述した材料の吸収による影響を除いては何ら制
限されない。このことは、レーザ・アンド・オプトロニ
クス(Laser & Optronics)59頁(1987年11月
刊)より明らかである。
As the laser light source used as the fundamental wave, for example, those shown in Table 1 can be mentioned. The wavelength of the fundamental wave is not limited except for the influence of the absorption of the above-mentioned material. This is clear from Laser & Optronics, page 59 (published in November 1987).

【0013】[0013]

【表1】 [Table 1]

【0014】[0014]

【実施例】次に本発明を実施例に基づいて更に詳しく説
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例1 式(1)の化合物の単結晶を作成した。特願平4−13
1159号明細書の記載に基づいて合成し得られた式
(1)の化合物の粉末にベンゼンを加え、約45℃で溶
解した。これを室温にて一夜放置した。この際栓を付け
ず溶媒の蒸発を可能にした。析出した針状結晶を濾取し
た。
The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the invention is not intended to be limited thereto. Example 1 A single crystal of the compound of formula (1) was prepared. Japanese Patent Application 4-13
Benzene was added to the powder of the compound of formula (1) obtained by synthesis based on the description of No. 1159, and dissolved at about 45 ° C. This was left overnight at room temperature. At this time, evaporation of the solvent was enabled without attaching a stopper. The precipitated needle crystals were collected by filtration.

【0015】実施例2 式(1)の化合物のX線結晶構造解析を行なった。実施
例1で得られた小さめの結晶を用いた。得られた結晶学
的データを示す。 晶系 単斜晶系 空間群 P21 点群 2 格子定数 a=6.270Å b=4.661Å c=24.037Å β=96.522° Z 2 また、結晶構造を図1に示す。上記結晶学的データよ
り、本結晶は反転対称性を持っていないことがわかる。
Example 2 An X-ray crystal structure analysis of the compound of formula (1) was performed. The smaller crystals obtained in Example 1 were used. The obtained crystallographic data are shown. Crystal system Monoclinic system Space group P2 1 point group 2 Lattice constant a = 6.270Å b = 4.661Å c = 24.037Å β = 96.522 ° Z 2 The crystal structure is shown in FIG. From the above crystallographic data, it can be seen that this crystal does not have inversion symmetry.

【0016】実施例3 実施例1で得られた大きな結晶の良質な部分を切り取り
第二高調波発生を行なった。実験には図2の装置を用い
た。YAGレーザ(1064nm)の偏光方向を結晶軸
に対して平行な方向に設定して、結晶をb軸に対して回
転させたときに緑色光(532nm)をビーム状に観測
することができた。このことは本結晶が1064nmで
位相整合が可能であることを示すものであり、従って本
発明の結晶は光波長変換のための非線形光学材料として
有望であることがわかる。
Example 3 A good quality portion of the large crystal obtained in Example 1 was cut out and second harmonic generation was performed. The apparatus of FIG. 2 was used for the experiment. When the polarization direction of the YAG laser (1064 nm) was set parallel to the crystal axis and the crystal was rotated about the b axis, green light (532 nm) could be observed in a beam form. This indicates that the present crystal is capable of phase matching at 1064 nm, and thus the crystal of the present invention is promising as a nonlinear optical material for optical wavelength conversion.

【0017】参考例1 実際にファイバー型の光波長変換素子を形成する上で、
結晶配向をどのように設定し、またそこに入射させる基
本波の偏光方向をどのような向きに設定すれば高い波長
変換効率が得られるかは、不明であった。以下に、高い
波長変換効率を得るために適した非線形光学材料の結晶
配向および基本波の直線偏光方向の設定法について説明
する。(1)の結晶は単斜晶系をなし、点群は2であ
る。したがって非線形光学定数のテンソルは数式(1)
で表わされる。 数式(1)
Reference Example 1 When actually forming a fiber type optical wavelength conversion element,
It was unclear how to set the crystal orientation and what direction the polarization direction of the fundamental wave incident on the crystal orientation should be set to obtain high wavelength conversion efficiency. A method of setting the crystal orientation of the nonlinear optical material and the linear polarization direction of the fundamental wave suitable for obtaining high wavelength conversion efficiency will be described below. The crystal of (1) has a monoclinic system and the point group is 2. Therefore, the tensor of the nonlinear optical constant is
It is represented by. Formula (1)

【0018】[0018]

【数1】 [Equation 1]

【0019】ここでd21は、光学軸X、Y、Zを考えた
とき、X方向に直線偏光した光(以下、X偏光という。
Y、Zについても同様。)を基本波として入射させてY
偏光の第2高調波を取り出す場合の非線形光学定数であ
り、同様にd22はY偏光の基本波を入射させてY偏光の
第2高調波を取り出す場合の非線形光学定数、d23はZ
偏光の基本波を入射させてY偏光の第2高調波を取り出
す場合の非線形光学定数、d25はXとZ偏光の基本波を
入射させてY偏光の第2高調波を取り出す場合の非線形
光学定数、d34はYとZ偏光の基本波を入射させてZ偏
光の第2高調波を取り出す場合の非線形光学定数であ
る。以下、各非線形光学定数の大きさについて述べる。
Here, d 21 is light linearly polarized in the X direction (hereinafter referred to as X polarized light) when the optical axes X, Y and Z are considered.
The same applies to Y and Z. ) As a fundamental wave and Y
Nonlinear optical constant for extracting the second harmonic of polarized light. Similarly, d 22 is a nonlinear optical constant for extracting the second harmonic of Y polarized light by allowing the fundamental wave of Y polarized light to enter, and d 23 is Z.
Non-linear optical constant when a fundamental wave of polarized light is input to extract the second harmonic of Y-polarized light, d 25 is a non-linear optical constant when a fundamental wave of X and Z polarized light is incident to extract the second harmonic of Y-polarized light The constant d 34 is a non-linear optical constant when the fundamental waves of Y and Z polarization are made incident and the second harmonic of Z polarization is extracted. The magnitude of each nonlinear optical constant will be described below.

【0020】(1)の屈折率は未だ明らかになっていな
いので、下式 dIJK =N ・ fI (2ω)fJ ( ω)fK ( ω)bIJK で非線形光学定数dIJK を導き出せる bIJK の値を示
す。なお、Nは単位体積当りの分子数、f (ω)、f (2
ω)はそれぞれ、基本波、第2高調波に関する局所電場
修正因子である。 b21=0 b22=4.0 b23=23.7 b14=b25=b36=0 b16=0 b34=23.7 なおこれらのbIJK の値は、X線結晶構造解析およびPP
P-CIMO法とWardの式を用いて計算したβに基つぐ値であ
り、単位は〔×10-30 esu 〕である。
Since the refractive index of (1) has not been clarified yet, the nonlinear optical constant d IJK can be derived by the following equation: d IJK = Nf I (2ω) f J (ω) f K (ω) b IJK b Indicates IJK value. In addition, N is the number of molecules per unit volume, f (ω), f (2
ω) are local electric field correction factors for the fundamental wave and the second harmonic, respectively. b 21 = 0 b 22 = 4.0 b 23 = 23.7 b 14 = b 25 = b 36 = 0 b 16 = 0 b 34 = 23.7 Note that these b IJK values were determined by X-ray crystal structure analysis. And PP
It is a value based on β calculated using the P-CIMO method and the Ward's formula, and the unit is [× 10 -30 esu].

【0021】この表からd22、d23、d34とりわけd23
およびd34が大きい値をとりうることが分かる。そこで
図3に示すように、(1)からなるコア111をクラッ
ド121内に充てんさせるファイバー型の光波長変換素
子101を形成するに当り、(1)の結晶をそのa軸が
コア軸方向に伸びるように配向させた上で(これは以下
に記す方法で実現可能である)、この光波長変換素子1
01に結晶のc軸あるいはb軸の方向に直線偏光した基
本波を入射させれば、上記の大きな非線形光学定数
22、d23を利用できることになる。
From this table, d 22 , d 23 , d 34 and especially d 23
It can be seen that and d 34 can take large values. Therefore, as shown in FIG. 3, in forming the fiber type optical wavelength conversion element 101 in which the core 111 made of (1) is filled in the clad 121, the a-axis of the crystal of (1) is oriented in the core axis direction. This optical wavelength conversion element 1 is oriented so as to extend (this can be realized by the method described below).
If the fundamental wave linearly polarized in the direction of the c-axis or the b-axis of the crystal is made incident on 01, the above large nonlinear optical constants d 22 and d 23 can be utilized.

【0022】実施例4 図4は本発明の第4実施例による光波長変換モジュール
を示している。この光波長変換モジュールは、ファイバ
ー型の光波長変換素子101と、この光波長変換素子1
01に基本波を入力させる光源装置20とから構成され
ている。ここで、上記光波長変換素子101の作成方法
について説明する。まずクラッドとなる中空のガラスフ
ァイバーが用意される。このガラスファイバーは一例と
してSF15ガラスファイバーからなり外径が100μ
m程度で中空部の径が2μmのものである。一方、
(1)をベンゼンの溶媒1リットルに120gを添加
し、(1)の飽和溶液(温度35℃で)を用意する。こ
の(1)の飽和溶液を恒温槽にて温度35℃に一定に保
ち、図5に示すようにこの溶液内にガラスファイバーの
一端を進入させる。すると毛管現象により(1)の溶液
がガラスファバー内に進入する。この状態で保存すると
溶媒であるベンゼンが蒸発し、過飽和状態になる。そし
てガラス中空管内部に結晶核が発生し、単結晶が成長す
る。それにより20mm以上もの長い範囲にわたって結晶
方位が一定に揃った単結晶状態が得られる。
Embodiment 4 FIG. 4 shows an optical wavelength conversion module according to a fourth embodiment of the present invention. This optical wavelength conversion module includes a fiber type optical wavelength conversion element 101 and this optical wavelength conversion element 1
01 and a light source device 20 for inputting a fundamental wave. Here, a method for producing the light wavelength conversion element 101 will be described. First, a hollow glass fiber to be a clad is prepared. As an example, this glass fiber is made of SF15 glass fiber and has an outer diameter of 100 μ.
The diameter of the hollow portion is about 2 m and is about m. on the other hand,
120 g of (1) is added to 1 liter of a solvent of benzene to prepare a saturated solution of (1) (at a temperature of 35 ° C.). This saturated solution (1) is kept at a constant temperature of 35 ° C. in a constant temperature bath, and one end of the glass fiber is introduced into this solution as shown in FIG. Then, the solution of (1) enters into the glass fiber due to the capillary phenomenon. When stored in this state, the solvent benzene evaporates and becomes supersaturated. Then, crystal nuclei are generated inside the glass hollow tube, and a single crystal grows. As a result, a single crystal state in which the crystal orientation is uniform over a long range of 20 mm or more can be obtained.

【0023】上述のようにして(1)をガラスファイバ
ー129内に単結晶状態で充てんさせると、その結晶配
向状態は図3に示したように、a軸がコア軸方向に延び
る状態となる。以上述べたようにしてコア111が充て
んされた後、ガラスファイバー129の両端をファイバ
ーカッターで切断して、長さ10mmの光波長変換素子1
01を形成した。図4図示のように、この光波長変換素
子101を光源装置20と組み合わせて光波長変換モジ
ュールが構成される。本実施例においては、基本波を発
生する光源として半導体レーザー21が用いられてお
り、そこから発せられた波長870nmのレーザー光
(基本波)15はコリメートレンズ22によって平行ビ
ーム化され、次いでアナモリフィックプリズムペアー2
3およびλ/2板25に通され、集光レンズ26で小さ
なビームスポットに絞られた上で、光波長変換素子10
1の入射端面10aに照射される。それにより、この基
本波15が光波長変換素子101内に入射する。前述し
た通り、コア111を構成する(1)は、a軸がコア軸
方向に延びる結晶配向状態となっており、一方本例で
は、光源装置20のλ/2板25を回転させることによ
り、b軸方向に偏光状態の基本波15を光波長変換素子
101に入力させる。
When (1) is filled in the glass fiber 129 in the single crystal state as described above, the crystal orientation state is such that the a-axis extends in the core axis direction as shown in FIG. After the core 111 has been filled as described above, both ends of the glass fiber 129 are cut by a fiber cutter, and the optical wavelength conversion element 1 having a length of 10 mm is cut.
01 was formed. As shown in FIG. 4, the light wavelength conversion element 101 is combined with the light source device 20 to form a light wavelength conversion module. In this embodiment, a semiconductor laser 21 is used as a light source for generating a fundamental wave, and laser light (fundamental wave) 15 having a wavelength of 870 nm emitted from the semiconductor laser 21 is collimated by a collimator lens 22 and then anamorphic. Prism pair 2
3 and the λ / 2 plate 25, the light beam is converted into a small beam spot by the condenser lens 26, and then the optical wavelength conversion element 10
It is irradiated to the incident end surface 10a of No. As a result, the fundamental wave 15 enters the light wavelength conversion element 101. As described above, (1) configuring the core 111 is in a crystal orientation state in which the a-axis extends in the core axis direction, while in the present example, by rotating the λ / 2 plate 25 of the light source device 20, The fundamental wave 15 in the polarization state in the b-axis direction is input to the light wavelength conversion element 101.

【0024】光波長変換素子101内に入射した基本波
15は、コア111を構成する(1)により、波長が1
/2(=435nm)の第2高調波16に変換される。
この第2高調波16はクラッド121の外表面の間で全
反射を繰り返して素子101内を進行し、基本波15の
コア部での導波モードと、第2高調波16のクラッド部
への放射モードとの間で位相整合がなされる(いわゆる
チェレンコフ放射)。
The fundamental wave 15 entering the optical wavelength conversion element 101 has a wavelength of 1 due to (1) which constitutes the core 111.
It is converted into the second harmonic wave 16 of / 2 (= 435 nm).
The second harmonic 16 repeats total reflection between the outer surfaces of the clad 121 and travels inside the element 101, and the guided mode in the core part of the fundamental wave 15 and the clad part of the second harmonic 16 propagates. Phase matching is performed with the radiation mode (so-called Cherenkov radiation).

【0025】光波長変換素子101の出射端面10bか
らは、上記第2高調波16と基本波15とが混合したビ
ーム16′が出射する。この出射ビーム16′は、集光
レンズ27に通され集光された後、上記435nmの第
2高調波16は良好に透過させる一方、870nmの基
本波15は吸収するバンドパスフィルター28に通さ
れ、第2高調波16のみが取り出される。偏光板等を使
用して、上記第2高調波16はb軸方向の偏光であるこ
とが確認された。つまり本例では、前述した(1)の非
線形光学定数d23が利用されている。この第2高調波1
6の光強度を光パワーメータ29で測定して、波長変換
効率を求めたところ、1W換算で約1%であった。
A beam 16 ', which is a mixture of the second harmonic wave 16 and the fundamental wave 15, exits from the exit end face 10b of the light wavelength conversion element 101. This outgoing beam 16 ′ is passed through a condenser lens 27 and is focused, and then the second harmonic wave 16 of 435 nm is satisfactorily transmitted, while the fundamental wave 15 of 870 nm is passed through a bandpass filter 28 which absorbs the fundamental wave 15. , The second harmonic 16 is extracted. It was confirmed that the second harmonic 16 was polarized in the b-axis direction by using a polarizing plate or the like. That is, in this example, the above-mentioned nonlinear optical constant d 23 of (1) is used. This second harmonic 1
The light intensity of No. 6 was measured with the optical power meter 29, and the wavelength conversion efficiency was determined to be about 1% in terms of 1 W.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明の化合物は特願平3−23750
号明細書に記載したように青色光透過性が高く、また式
(1)で表わされる分子で構成される分子性結晶は、分
子配列に反転対称性が無いため、2次の非線形光学効果
を有する。従って2次の非線形光学効果を用いた波長変
換に有用な材料となる。特に青色領域の変換波の発生に
は有用である。また、詳細に説明した通り本発明の光波
長変換モジュールによれば、(1)が有する高い非線形
光学定数を実際にファイバー型の非線形光学材料におい
て利用可能で、しかも光波長変換素子を充分に長く形成
可能であるので、極めて高い波長変換効率を実現でき
る。また(1)は400nm以下に吸収端を有するもの
であるから、この光波長変換モジュールによれば、80
0nm程度のレーザー光を基本波として用いて、青色領
域の第2高調波を効率良く取り出すことも可能になる。
The compound of the present invention is disclosed in Japanese Patent Application No. 23750/1993.
As described in the specification, the blue crystal has high transparency, and the molecular crystal composed of the molecule represented by the formula (1) has no inversion symmetry in the molecular arrangement, so that the second-order nonlinear optical effect is generated. Have. Therefore, it is a useful material for wavelength conversion using the second-order nonlinear optical effect. It is particularly useful for generating converted waves in the blue region. Further, as described in detail, according to the optical wavelength conversion module of the present invention, the high nonlinear optical constant of (1) can be actually used in the fiber type nonlinear optical material, and the optical wavelength conversion element can be sufficiently long. Since it can be formed, extremely high wavelength conversion efficiency can be realized. Moreover, since (1) has an absorption edge at 400 nm or less, according to this optical wavelength conversion module,
It is also possible to efficiently extract the second harmonic in the blue region by using the laser light of about 0 nm as the fundamental wave.

【0027】上記ではチェレンコフ放射方式を用いた方
法について説明したが、これらに限定されるだけでな
く、導波−導波の位相整合も可能である。波長変換波は
第2高調波に限定されるだけでなく、第3高調波、和お
よび差周波発生にも用いられる。また上記化合物を単結
晶化し、そこからバルクの単結晶を切り出し、YAGレ
ーザー光を入力しその第2高調波の発生が可能である。
この時の位相整合方法には角度位相整合を用いる。これ
らのバルク単結晶はレーザーのキャビティ外で用いられ
るだけでなく、LD励起固体レーザー等の固体レーザー
のキャビティ内で用いる事で、波長変換効率を高めるこ
とが出来る。さらには、外部共振器型のLDの共振器内
に配置することでも、波長変換効率を高めることが出来
る。以上の単結晶化には、ブリッジマン法、溶媒蒸発法
等が用いられる。
Although the method using the Cherenkov radiation method has been described above, the present invention is not limited to these methods, and waveguide-guided phase matching is also possible. The wavelength converted wave is not limited to the second harmonic, but is also used for the third harmonic, sum and difference frequency generation. Further, it is possible to make the above compound into a single crystal, cut out a bulk single crystal therefrom, and input a YAG laser beam to generate a second harmonic thereof.
Angle phase matching is used as the phase matching method at this time. These bulk single crystals can be used not only outside the cavity of the laser but also inside the cavity of a solid-state laser such as an LD-excited solid-state laser to improve the wavelength conversion efficiency. Further, the wavelength conversion efficiency can be improved also by disposing it in the resonator of the external resonator type LD. The Bridgman method, the solvent evaporation method, or the like is used for the above single crystallization.

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

【図1】式(1)の化合物の結晶構造を示す、ステレオ
図である。a、b、cは各々結晶軸、a、b、cを示
す。
FIG. 1 is a stereo diagram showing the crystal structure of a compound of formula (1). a, b, and c are crystal axes, a, b, and c, respectively.

【図2】単結晶を用いて第2高調波を発生させる装置で
ある。
FIG. 2 is an apparatus for generating a second harmonic using a single crystal.

【図3】ファイバー型の光波長変換素子におけるコアの
結晶配向を示す。
FIG. 3 shows a crystal orientation of a core in a fiber type optical wavelength conversion element.

【図4】ファイバー型の光波長変換素子を作成する方法
の説明図を示す。10aは入射端面、10bは出射端面
を示す。
FIG. 4 is an explanatory view of a method for producing a fiber type optical wavelength conversion element. Reference numeral 10a denotes an incident end surface and 10b denotes an emission end surface.

【図5】式(1)の化合物の単結晶をコアとするファイ
バーの溶媒蒸発法による単結晶成長装置を示す。
FIG. 5 shows a single crystal growth apparatus for a fiber having a single crystal of the compound of formula (1) as a core by a solvent evaporation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 式(1)の化合物から成る単結晶 11 Nd:YAGレーザー 13 基本波カットフィルター 15 基本波 16 第2高調波 16′基本波の混合した第2高調波 20 光源装置 21 半導体レーザー 22 コリメートレンズ 23 アナモリフィックプリズムペアー 25 λ/2板 26、27 集光レンズ 28 バンドパスフィルター 29 光パワーメーター 128 式(1)の化合物の飽和溶液 129 クラッド(ガラスファイバー) 101 光波長変換素子 111 コア 121 クラッド 10 Single crystal composed of compound of formula (1) 11 Nd: YAG laser 13 Fundamental wave cut filter 15 Fundamental wave 16 Second harmonic wave 16 'Second harmonic wave mixed with fundamental wave 20 Light source device 21 Semiconductor laser 22 Collimating lens 23 Anamorphic prism pair 25 λ / 2 plate 26, 27 Condensing lens 28 Bandpass filter 29 Optical power meter 128 Saturated solution of compound of formula (1) 129 Clad (glass fiber) 101 Optical wavelength conversion element 111 Core 121 Cladding

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記の式(1)で表わされる分子によっ
て構成されることを特徴とする単斜晶系であり、P21
の空間群を有する分子性結晶 式(1) 【化1】
1. A monoclinic system comprising a molecule represented by the following formula (1): P2 1
Molecular crystal having a space group of formula (1)
【請求項2】 レーザー光と非線形光学材料とを用いて
光波長の変換を行う際に、非線形光学材料として請求項
1記載の分子性結晶からなる単結晶を用いる光波長の変
換方法
2. A method of converting a light wavelength using a single crystal composed of the molecular crystal according to claim 1 as a nonlinear optical material when converting a light wavelength using a laser beam and a nonlinear optical material.
【請求項3】 クラッド内に式(1)で表わされる分子
によって構成されることを特徴とする単結晶の非線形光
学材料がコアとして充てんされ、該光学材料の結晶がそ
のa軸が略コア軸方向に延びるように配向されてなる光
波長変換素子と、この光波長変換素子に、前記a軸とほ
ぼ直交する結晶のb軸あるいはc軸の方向に直線偏光し
た基本波を入射させる光源装置とからなる光波長変換モ
ジュール。(但し、結晶軸の決め方は2回軸をb軸と
し、他の結晶軸は右手系に従う。)
3. A single-crystal nonlinear optical material characterized by being constituted by a molecule represented by the formula (1) is filled in the clad as a core, and the a-axis of the crystal of the optical material is substantially the core axis. A light wavelength conversion element oriented so as to extend in a direction, and a light source device for making a linearly polarized fundamental wave incident on the light wavelength conversion element in the direction of the b-axis or the c-axis of the crystal substantially orthogonal to the a-axis. Optical wavelength conversion module consisting of. (However, the crystallographic axis is determined by setting the 2-fold axis as the b-axis, and the other crystallographic axes follow the right-handed system.)
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