JPS62156628A - 有機非線型光学材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は有機非線型光学材料に関するものである。さら
に詳しくいえば、本発明は、光情報処理、光通信、オプ
トエレクトロニクスなどの分野において有用な、大きな
二次、三次の非線型性を有し、かつレーザー光による熱
的および光学的損傷がない上に、可視光から赤外光にわ
たる広い領域で使用可能であるなど、優れた特徴を有す
る有機非線型光学材料に関するものである。

〔従来の技術〕

非線型光学材料はレーザー光の強電界下、二次以上の非
線型応答を示す材料であって、現象的には周波数変換、
発振、スイッチングなどの種々の効果をもたらすことか
ら、近年オプトエレクトロニクスや純光コンビニーター
などの素材として注目されている。

この非線型光学材料は無機材料と存機材料とに大別され
、従来、無機非線型材料としては、例えばＫｌｌ。ＰＯ
４やＬｘＮｂＯ，、などの強誘電体が用いられている。

しかしながら、これらの無機非線型光学材料は、その光
学的非線型性が十分でない上に、工業的に利用するには
極めて大きな単結晶を作る必要があり、かつ強いレーザ
ー光を必要とするなどの欠点を有している。

一方、有機非線型光学材料としては、例えばｍ−ニトロ
アニリンや２−メチル−４−ニトロアニリンなどが知ら
れている。これらは半導体レーザー光を可視光の波長に
変換する場合に用いられるが、光学的非線型性が十分で
ない、潮解性がある、レーザー光による損傷がある、可
視域に吸収帯があって、全可視光波長を使えないなどの
問題を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、このような従来の非線型光学材料が有
する欠点を改良し、大きな二次、三次の非線型性を存し
、かつレーザー光による熱的、光学的損傷がない上に、
可視光から赤外光にわたる広い領域での使用が可能であ
るなど、優れた特徴を有する非線型光学材料を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは前記の優れた特徴を有する非線型光学材料
を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の有機化合物
からなる非線型光学材料がその目的に適合しうろことを
見い出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至っ
た。

すなわち、本発明は、５５０〜７００ｎｍの波長域を有
する可視光の吸収がなく、かつ一般式％式％（１） （式中のＤは電子供給基、Ａは電子吸引基、ｎは０．１
．２または３である） で表される化合物からなる有機非線型光学材料を提供す
るものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明光学材料は、前記一般式（１）で表され、かつ５
５０〜７００ｎｍの波長域を有する可視光を吸収しない
化合物からなっている。該式中のＤは電子供給基であっ
て、具体例としては、Ｈ３０ ＲＲ （ただし、Ｒは水素原子または低級アルキル基）などの
複素環式残基が挙げられる。

一方、該式中のＡは電子吸引基であって、具体、ＣＮ　
　　　　　ＮＯｘ 挙げられ、またｎは０、１、２または３である。

このような一般式（１）で表される化合物の具体例とし
ては、次に示すものを挙げることができる。

ＮＯ□ ｏ２ ＮＯ□ Ｎ０２ １．Ｈ５ ｃ＋ｔ：＋ｏ＠ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ０・・・←）これらの
化合物の中で、一般式 ％式％） （式中のＤ′は電子供給基、ｎ′は１．２または３であ
る） で表される化合物は、原料の入手や製造が容易などの点
で好ましい。Ｄ′としてはＣＩ（３Ｑ−、ＨＯ−１およ
び旧から選ばれる電子供給基、Ａとしては、から選ばれ
る電子吸引基が好ましい。

また、上記と同じ理由で、 Ｎ Ｄ−（−ＣＨ＝　ＣＨ＋−Ｔ−ＣＨ，Ｃゝ。、 （式中のＤは電子供給基、ｎは０、１、２または３であ
る） で表される化合物が好ましい。

これらの化合物は、一般式〇−ＣＨ０（ただし、Ｄａ↓
前記と同じ意味をもつ）で示されるアルデヒド化合物、
例えばベンズアルデヒド、ｐ−ヒドロキシベンズアルデ
ヒド、アニスアルデヒド、ｐ−（Ｎ、Ｎ−ジメチルアミ
ン）−ベンズアルデヒド、３−メトキシ−４−ヒドロキ
シベンズアルデヒド、フラン−２−アルデヒド、インド
ール−３−アルデヒド、Ｎ−エチルカルバゾール−４−
アルデヒド、シンナムアルデヒド、ｐ−ヒドロキシシン
ナムアルデヒド、４〜メトキシシンナムアルデヒドなど
と、ニトロメタン、アセトン、２．４−ジニトロトルエ
ン、γ−ピコリンメチオダイド、マロノニトリル、イン
デンなどとを、適当な溶媒中において、必要ならば適当
な触媒を用い反応させることによって製造することがで
きる。

本発明に係る化合物は可視領域に吸収を起こさず、かつ
大きな二次、三次の非線型性を有する上、従来の有機非
線型光学材料と比べて、比較的融点の高いものが多く、
また、レーザー光による損傷を受けにくいなど実用性に
優れ、例えばレーザー検出器やレーザー光源などに、あ
るいは光演算素子、光双安定性素子、光導波回路などの
デバイスとして、光通信、光情報処理、信号処理などに
有用である。

〔実施例〕

次に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本
発明はこれらの例によってなんら限定されるものではな
い。

なお、二次の非線型光学定数ｄ、三次の非線型光学定数
χ３３ゝおよび分子レベルでの三次の非線型光学定数γ
は次の方法に従って求めた。

（１）ｄの測定 二次の非線型光学定数ｄは、「光エレクトロニクスの基
礎」　（ヤリフ著、丸善刊行）１９８〜１９９ページ記
載の方法によって測定した。その概略を示すと、光源に
エキシマ励起色素レーザーで波長８５０　ｎｍまたは９
２０ｎｍ、ピークパワーＩＭＷのものを用い、図に示す
ようにして測定した。

図はｄ、χ（３）　およびγの測定方法を説明するため
の模式図であって、得られた結晶を擦潰し、数μｍ〜４
０μｍ程度の粒度分布をもつ試料２を作製し、レーザー
発生装置１から波長ωのレーザー光を試料２に当てると
２分の１の波長の二次高調波を発生する。この光をフィ
ルター３で分けてレンズ４で集光後、分光器５を通し二
次高調波のみ取り出し、その強度を検出器６、積分器７
、レコーダー８により測定し、入射光との強度比を測定
して、ｄの値を求めた。

（２）χ′３）　　の測定 三次の非線型光学定数χ（３）　は、「レーザー分光」
　（霜田光−編、学会出版センター）２３０〜２３３ペ
ージ記載の二光子励起蛍光法によって測定した。その概
略を示すと、光源にエキシマ励起色素レーザーで、波長
８５０　ｎｍ、ピークパワーＩＭＷＯものを用い、咳図
に示すようにして測定を行った。

すなわち、得られた結晶を擦潰し、数μｍ〜４０μｍ程
度の粒度分布をもつ試料２を作製し、レーザー発生装置
１から波長ωのレーザー光を試料２に当てると、ωより
も短波長側の広い領域に二光子励起蛍光を発生する。こ
の光をフィルター３で分けてレンズ４で集光後、分光器
５を通し、ある波長ω′の光を取り出し、その強度を検
出器６、積分器７、レコーダー８により測定し、この強
度からχ３３ゝ　の値を求めた。

（３）γの測定 分子レベルでの三次の非線型光学定数γは、「レーザー
分光ｊ　（霜田光−編、学会出版センター）２３０〜２
３３ページ記載の二光子励起蛍光法によって測定した。

その概略を示すと、光源にエキシマ励起色素レーザーで
、波長８５０ｎｍ。

ピークパワーＴＭＷのものを用い、該図に示すようにし
て測定を行った。

すなわち、得られた化合物をＤＭＳＯ（もしくはメタノ
ール）に溶かして試料２を作製し、レーザー発生装置１
から波長ωのレーザー光を試料２に当てると、ωよりも
短波長側の広い領域に二光子励起蛍光を発生する。この
光をフィルター３で分けてレンズ４で集光後、分光器５
を通し、ある波長ω′の光を取り出し、その強度を検出
器６、積分器７、レコーダー８により測定し、この強度
からＴの値を求めた。

実施例 次のＡ法、Ｂ法およびＣ法の３種の製造方法のいずれか
に従って、化合物をそれぞれ製造し、そのｄ、χ０）、
Ｔおよび吸収端を求めた。その結果を次表に示す。

アニスアルデヒド３ｇ　　（２２ｍｍｏ　１）　、ｒ−
ビコリンメチオダイド５．２　ｇ　　（２２ｍｍｏ　＋
）、ピペリジン９．５　ｍ　Ａをメタノール３０　ｍ　
（ｌに溶かし３時間ディーンスターク反応器で還流した
のち、室温まで放冷し、生じた結晶を分離した。収量３
゜４ｇ（４４％） Ｂ法（例）　　Ｃ）Ｉｚ ｐ−（Ｎ、Ｎ　　−ジメチルアミノ）−ベンズアルテヒ
ド２．２　ｇ　（０，０１５ｍｏ　１）　、インデン１
゜７ｇ（０、Ｏ１５ｍｏ　１）をメタノール２０　ｍ　
ｌに溶かし０℃に冷却した。これに水酸化カリウムのメ
タノール溶液（０，８ｇ／１０ｍＡ）を滴下した。

１時間後、生じた結晶を分離した。収量】、１ｇ（３０
％） Ｃ法（例）　　　　　　　　　　　ＣＮｚＨｓ Ｎ−エチルカルバゾール−４−アルデヒド３ｇ（１３ｍ
ｍｏｌ）をクロロホルム１０ｍｌに溶かし、これに１０
ｍｌのメタノールに溶かしたマロンニトリル０．９　ｇ
　（１３ｍｍｏ　ｌ）を加えた。これにピペリジン０．
２　ｍ　Ａを加えて室温で３０分間攪拌し、生じた結晶
を分離した。収ｔ１．８ｇ（５１％） （以下余白） 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の有機非線型光学材料は、
大きな二次、三次の非線型性を有し、かつレーザー光に
よる熱的および光学的損傷がない上に、可視光から赤外
光にわたる広い領域で使用可能であり、また、従来の有
機非線型材料に比べて比較的融点の高いものが多く、オ
プトエレクトロニクスなどの分野における素材として実
用的価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

図は二次の非線型光学定数、三次の非線型光学定数およ
び分子レベルでの三次の非線型光学定数の測定方法を説
明するための模式図であって、図中符号１はレーザー発
生装置、２は試料、３はフィルター、４はレンズ、５は
分光器、６は検出器、７は積分器、８はレコーダーであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、５５０〜７００ｎｍの波長域を有する可視光の吸収
   がなく、かつ一般式 Ｄ−（ＣＨ＝ＣＨ）−＿ｎＡ （式中のＤは電子供給基、Ａは電子吸引基、ｎは０、１
   、２または３である） で表される化合物からなる有機非線型光学材料。 ２、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中のＤ′は電子供給基、Ａは電子吸引基、ｎ′は１
   、２または３である） で表される化合物からなる特許請求の範囲第１項記載の
   有機非線型光学材料。 ３、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中のＤは電子供給基、ｎは０、１、２または３であ
   る） で表される化合物からなる特許請求の範囲第１項記載の
   有機非線型光学材料。