JPH02201320A - 有機非線形光学材料及びその製法 - Google Patents
有機非線形光学材料及びその製法Info
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- JPH02201320A JPH02201320A JP1950489A JP1950489A JPH02201320A JP H02201320 A JPH02201320 A JP H02201320A JP 1950489 A JP1950489 A JP 1950489A JP 1950489 A JP1950489 A JP 1950489A JP H02201320 A JPH02201320 A JP H02201320A
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- Japan
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- nonlinear optical
- optical material
- organic nonlinear
- organic
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
縮合多環炭化水素からなる有機非線形光学材料に関し、
かかる材料の結晶界面において形成される２次元エキシ
トン（励起子）を有効に利用することを目的とし、 縮合多環炭化水素からなる有機非線形光学物質の複数層
がそれぞれ中間層を介して積層されているように構成す
る。
トン（励起子）を有効に利用することを目的とし、 縮合多環炭化水素からなる有機非線形光学物質の複数層
がそれぞれ中間層を介して積層されているように構成す
る。
本発明は有機非線形光学材料に関し、さらに詳しく述べ
ると、特に例えばアントラセン、ナフタセンなどのよう
な縮合多環炭化水素からなる有機非線形光学材料、そし
てその製造方法に関する。
ると、特に例えばアントラセン、ナフタセンなどのよう
な縮合多環炭化水素からなる有機非線形光学材料、そし
てその製造方法に関する。
本発明による非線形光学材料は、例えば、光−光素子用
材料などとして有利に利用することができる。
材料などとして有利に利用することができる。
周知の通り、非線形光学材料は、電圧印加又はレーザ光
の強電界下で２次もしくは３次の非線形光学効果を示す
材料であり、また、現象面から、光周波数変換、光スイ
ッチング、光増幅等の多くの素子機能を奏するので、光
通信や光コンビ一一タなどの分野において基幹素材とし
て注目されている。従来の典型的な非線形光学材料は無
機系の材料であり、ＫＤＰ、 ＬｉＮｂＯ３，ＫＮｂＯ
，、ＬｉＴａＤ＋などの結晶が公知である。１９８３年
ごろから、有機非線形光学材料の開発及び研究が活発に
行われている。これは、有機非線形光学材料が無機系材
料を上堰る特性を奏することが見い出されたからであり
、具体的には、例えば２次の非線形光学定数に関して見
た場合、分子レベルでは、１ｉＮｂ０３等の公知の無機
結晶に較べて２桁以上大きい定数を有するものが多数見
い出されたからである。代表的な有機非線形光学材料は
、ＭＮＡ、 ＤＡＮ、 ＭＮＭＡ、 ＮＰＰ、 その
他である。
の強電界下で２次もしくは３次の非線形光学効果を示す
材料であり、また、現象面から、光周波数変換、光スイ
ッチング、光増幅等の多くの素子機能を奏するので、光
通信や光コンビ一一タなどの分野において基幹素材とし
て注目されている。従来の典型的な非線形光学材料は無
機系の材料であり、ＫＤＰ、 ＬｉＮｂＯ３，ＫＮｂＯ
，、ＬｉＴａＤ＋などの結晶が公知である。１９８３年
ごろから、有機非線形光学材料の開発及び研究が活発に
行われている。これは、有機非線形光学材料が無機系材
料を上堰る特性を奏することが見い出されたからであり
、具体的には、例えば２次の非線形光学定数に関して見
た場合、分子レベルでは、１ｉＮｂ０３等の公知の無機
結晶に較べて２桁以上大きい定数を有するものが多数見
い出されたからである。代表的な有機非線形光学材料は
、ＭＮＡ、 ＤＡＮ、 ＭＮＭＡ、 ＮＰＰ、 その
他である。
ところで最近、アントラセン結晶の非線形光学結晶とし
ての有用性が注目されている。例えば、花村栄−１「非
線形光学結晶Ｊ 、Ｏｐｌｕｓ Ｂ Ｎ（１１０３゜７
７〜８５ （１９８８年６月）には、アントラセン結晶
はファン・デル・ワールスカで３次元的な結晶を形成す
るが、界面第１層、第２層面内には２次元的エキシトン
が形成され、また、それらのエキシトンの寿命はそれぞ
れ２ｐｓ以下（第１層）及び〜１５ｐｓ（第２層）であ
り、第１層に局在する２次元エキシトンに共鳴する光に
よる３次の非線形分極率χ（３）は−１ｅｓｕのオーダ
ーとなることが報告されている。
ての有用性が注目されている。例えば、花村栄−１「非
線形光学結晶Ｊ 、Ｏｐｌｕｓ Ｂ Ｎ（１１０３゜７
７〜８５ （１９８８年６月）には、アントラセン結晶
はファン・デル・ワールスカで３次元的な結晶を形成す
るが、界面第１層、第２層面内には２次元的エキシトン
が形成され、また、それらのエキシトンの寿命はそれぞ
れ２ｐｓ以下（第１層）及び〜１５ｐｓ（第２層）であ
り、第１層に局在する２次元エキシトンに共鳴する光に
よる３次の非線形分極率χ（３）は−１ｅｓｕのオーダ
ーとなることが報告されている。
アントラセン結晶は、しかし、バルク結晶の形で存在す
るので、これを非線形光学材料として使用すると、バル
クエキシトンの発光寿命である９８０ｐｓで応答が律速
されてしまい、２次元エキシトンを有効に利用できない
という問題がでてくる。
るので、これを非線形光学材料として使用すると、バル
クエキシトンの発光寿命である９８０ｐｓで応答が律速
されてしまい、２次元エキシトンを有効に利用できない
という問題がでてくる。
本発明の目的は、したがって、アントラセン等の縮合多
環炭化水素からなる非線形光学材料の結晶界面において
形成される２次元エキシトン（励起子）を有効に利用す
ることにある。
環炭化水素からなる非線形光学材料の結晶界面において
形成される２次元エキシトン（励起子）を有効に利用す
ることにある。
上記した目的は、本発明によれば、縮合多環炭化水素か
らなる有機非線形光学物質の複数層がそれぞれ中間層を
介して積層されていることを特徴とする有機非線形光学
材料によって達成することができる。
らなる有機非線形光学物質の複数層がそれぞれ中間層を
介して積層されていることを特徴とする有機非線形光学
材料によって達成することができる。
本発明では、非線形光学物質の層と中間層とが交互に積
層されて積層体を構成しており、また、その際、非線形
光学物質層の厚さは好ましくはその物質の分子に換算し
て５分子層以内である。この層の厚さは、一般に数人〜
数１０人、好ましくは約５〜２０八である。適当な非線
形光学物質としては、アントラセンのほか、アントラセ
ンと同様な分子性結晶を形成可能なもの、例えばナフタ
セン、ナフタレン、その他の炭化水素をあげることがで
き、また、場合によっては、例えば２−メチル−４−ニ
トロアニリンなどのような単環式炭化水素も有利に使用
することができる。
層されて積層体を構成しており、また、その際、非線形
光学物質層の厚さは好ましくはその物質の分子に換算し
て５分子層以内である。この層の厚さは、一般に数人〜
数１０人、好ましくは約５〜２０八である。適当な非線
形光学物質としては、アントラセンのほか、アントラセ
ンと同様な分子性結晶を形成可能なもの、例えばナフタ
セン、ナフタレン、その他の炭化水素をあげることがで
き、また、場合によっては、例えば２−メチル−４−ニ
トロアニリンなどのような単環式炭化水素も有利に使用
することができる。
非線形光学物質層間に介在せしめられるべき中間層は、
それが所期の目的に悪影響を及ぼさない限り、いろいろ
な材料から形成することができ、また、その膜厚も所望
とする結果に応じているいろに変更することができる。
それが所期の目的に悪影響を及ぼさない限り、いろいろ
な材料から形成することができ、また、その膜厚も所望
とする結果に応じているいろに変更することができる。
中間層として適当な材料としては、例えば、ポリメチル
メタクリレ−） （ＰＭＭ八）、 ａ−３ｉＯｘ、
ａ−３ｉ、−、Ｎｘ０ｙ、 ＾ＲＪ＊、 フタ
ロシアニン、層状化合物（ＭｏＳ、など） 、ＴｉＯｘ
ＭｇＦ、、 ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）など、
多種多様の無機及び有機の絶縁体及び半導体をあげるこ
とができる。もしもアントラセン等が非線形光学物質と
して用いられていないのであるならば、これらの物質を
中間層で用いてもよい。
メタクリレ−） （ＰＭＭ八）、 ａ−３ｉＯｘ、
ａ−３ｉ、−、Ｎｘ０ｙ、 ＾ＲＪ＊、 フタ
ロシアニン、層状化合物（ＭｏＳ、など） 、ＴｉＯｘ
ＭｇＦ、、 ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）など、
多種多様の無機及び有機の絶縁体及び半導体をあげるこ
とができる。もしもアントラセン等が非線形光学物質と
して用いられていないのであるならば、これらの物質を
中間層で用いてもよい。
さらに、本発明によれば、記載の有機非線形光学材料を
製造するに当って、非線形光学物質あるいはその前駆物
質を基板上に飛来させて有機非線形光学物質の層となす
こと、及び中間層を形成する物質あるいはその前駆物質
を基板上に飛来させて中間層となすこと、を交互に繰り
返すことを特徴とする、有機非線形光学材料の製法もま
た提供される。ここで、“前駆物質”とは、何らかの反
応の結果として最終的に有機非線形光学物質及び中間層
物質を導びくことかできる物質を指す。
製造するに当って、非線形光学物質あるいはその前駆物
質を基板上に飛来させて有機非線形光学物質の層となす
こと、及び中間層を形成する物質あるいはその前駆物質
を基板上に飛来させて中間層となすこと、を交互に繰り
返すことを特徴とする、有機非線形光学材料の製法もま
た提供される。ここで、“前駆物質”とは、何らかの反
応の結果として最終的に有機非線形光学物質及び中間層
物質を導びくことかできる物質を指す。
本発明の有機非線形光学材料が被着せしめられるべき基
板は、この技術分野において一般的に用いられている材
料から任意に選択して形成することができる。適当な基
板材料として、例えば、石英、ガラス、アルカリハライ
ド結晶、雲母、層状化合物（ＭｏＳ２など）、その他を
あげることができる。
板は、この技術分野において一般的に用いられている材
料から任意に選択して形成することができる。適当な基
板材料として、例えば、石英、ガラス、アルカリハライ
ド結晶、雲母、層状化合物（ＭｏＳ２など）、その他を
あげることができる。
有機非線形光学材料の積層はいろいろな成膜法を用いて
行うことができる。適当な成膜法として、例えば、真空
下あるいは減圧下におけるＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）又はＭ Ｂ Ｄ （ｍｏ
ｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 、
Ｌ Ｂ法などをあげることができる。なかんずく、有機
ＭＢＥ （あるいはＭＢＤ）又は有機ＭＢＥ （あるい
はＭＢＤ）と無機ＭＢＥ （あるいはＭＢＤ）の折ちゅ
う方式が最適である。
行うことができる。適当な成膜法として、例えば、真空
下あるいは減圧下におけるＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）又はＭ Ｂ Ｄ （ｍｏ
ｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 、
Ｌ Ｂ法などをあげることができる。なかんずく、有機
ＭＢＥ （あるいはＭＢＤ）又は有機ＭＢＥ （あるい
はＭＢＤ）と無機ＭＢＥ （あるいはＭＢＤ）の折ちゅ
う方式が最適である。
本発明による有機非線形光学材料では、有機非線形物質
が層状に積まれており、しかもそれぞれの層が１分子層
〜数分子層の厚さに設定されているので、各層の有機非
線形物質にはバルクエキシトンが存在せず、したがって
、２次元エキシトンのみが形成される。
が層状に積まれており、しかもそれぞれの層が１分子層
〜数分子層の厚さに設定されているので、各層の有機非
線形物質にはバルクエキシトンが存在せず、したがって
、２次元エキシトンのみが形成される。
第１図は、本発明による有機非線形光学材料の好ましい
一例を示した断面図である。
一例を示した断面図である。
図示の非線形光学材料の場合、石英基板１上に、順次、
アントラセンからなる非線形光学物質層（膜厚約１ＯＡ
）２及びＰＭＭＡからなる中間層（膜厚約１０人） ３
が積層されている。このような層構成とすると、実際に
、非線形光学物質層２のアントラセンにはバルクエキシ
トンが存在せず、したがって、応答速度１５ｐｓ以下、
ｚ” ＝ １ｅｓｕの特性が得られる。また、図示しな
いけれども、必要に応じて、基板１と非線形光学物質層
２の中間に、例えばＰＶＡ、ポリイミドなどのようなバ
ッファ層を設けてもよい。
アントラセンからなる非線形光学物質層（膜厚約１ＯＡ
）２及びＰＭＭＡからなる中間層（膜厚約１０人） ３
が積層されている。このような層構成とすると、実際に
、非線形光学物質層２のアントラセンにはバルクエキシ
トンが存在せず、したがって、応答速度１５ｐｓ以下、
ｚ” ＝ １ｅｓｕの特性が得られる。また、図示しな
いけれども、必要に応じて、基板１と非線形光学物質層
２の中間に、例えばＰＶＡ、ポリイミドなどのようなバ
ッファ層を設けてもよい。
第１図に示した非線形光学材料は、例えば、第２図にお
いて略示されるような有機薄膜作製装置を用いて成膜す
ることができる。図示の装置は、ＭＢＥ装置であって、
反応室としての真空ベルジャ２０を有する。真空ベルジ
ャ２０内の基板１０は、石英基板であって、基板ホルダ
８によって支承されるとともに、該ホルダ内を通過する
冷却液又はガス９によって所定の温度まで冷却される。
いて略示されるような有機薄膜作製装置を用いて成膜す
ることができる。図示の装置は、ＭＢＥ装置であって、
反応室としての真空ベルジャ２０を有する。真空ベルジ
ャ２０内の基板１０は、石英基板であって、基板ホルダ
８によって支承されるとともに、該ホルダ内を通過する
冷却液又はガス９によって所定の温度まで冷却される。
なお、ここで用いる冷却媒体は、冷却水のほかに液体窒
素、アルコーノへなどであってもよい。基板の温度調節
のため、ヒータ６も併用される。図示の通り、予め基板
８上に電極１４を形成するとともに、基板８の前面にも
もう１つの電極（ここでは、グリッド７）を配置する。
素、アルコーノへなどであってもよい。基板の温度調節
のため、ヒータ６も併用される。図示の通り、予め基板
８上に電極１４を形成するとともに、基板８の前面にも
もう１つの電極（ここでは、グリッド７）を配置する。
グリッド７は、多孔構造体、網目構造体などとするのが
有利である。
有利である。
非線形光学物質層を形成するためのアントラセンを、Ｋ
セル（クヌーセンセルＨ５，１６及び１７から、シャッ
タ５で調節しつつ蒸発させて基板に飛来させる。第１の
非線形光学物質層を形成した後、第１の中間層を形成す
る。これは、真空ベルジャ２０の外部のガスボンベ、ア
ンプルなどからのガス化したソース（ここでは、ＭＭＡ
モノマー）をベルジャ内に導入して行う（図示せず）。
セル（クヌーセンセルＨ５，１６及び１７から、シャッ
タ５で調節しつつ蒸発させて基板に飛来させる。第１の
非線形光学物質層を形成した後、第１の中間層を形成す
る。これは、真空ベルジャ２０の外部のガスボンベ、ア
ンプルなどからのガス化したソース（ここでは、ＭＭＡ
モノマー）をベルジャ内に導入して行う（図示せず）。
このようにしてＭＭＡモノマーを基板に飛来させかつ光
を基板に照射して中間層を作製する。光としては、光源
１１からの光１２、例えば可視光又は紫外線光を用いる
ことができる。１３は窓である。
を基板に照射して中間層を作製する。光としては、光源
１１からの光１２、例えば可視光又は紫外線光を用いる
ことができる。１３は窓である。
光源１１は、必要に応じて真空ベルジャ２０内に配置す
ることもできる。モノマーは、Ｋセル１５゜１６及び１
７のいずれかに収容し、これをセル温度及びシャッタ５
で調節しつつ蒸発させてもよい。
ることもできる。モノマーは、Ｋセル１５゜１６及び１
７のいずれかに収容し、これをセル温度及びシャッタ５
で調節しつつ蒸発させてもよい。
また、光照射は、定常的に行うか、モノマーの基板への
飛来と同時に行うか、又は間欠的に行う。
飛来と同時に行うか、又は間欠的に行う。
さらに、モノマーの飛来と光照射とを交互に行ってもよ
く、こうすることによって、重合反応をより完全に行う
ことができるであろう。
く、こうすることによって、重合反応をより完全に行う
ことができるであろう。
本発明によれば、非線形光学物質層（膜厚：１分子層〜
数分子層）と中間層を交互に積層したので、界面第１層
〜第ｎ層の特性が顕著に生じるようになった。
数分子層）と中間層を交互に積層したので、界面第１層
〜第ｎ層の特性が顕著に生じるようになった。
第１図は、本発明による有機非線形光学材料の好ましい
一例を示した断面図、そして 第２図は、第１図に示した有機非線形光学材料を作製す
るのに用いた有機薄膜作製装置の略示図である。 図中、１は基板、２は非線形光学物質層、そして３は中
間層である。
一例を示した断面図、そして 第２図は、第１図に示した有機非線形光学材料を作製す
るのに用いた有機薄膜作製装置の略示図である。 図中、１は基板、２は非線形光学物質層、そして３は中
間層である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、縮合多環炭化水素からなる有機非線形光学物質の複
数層がそれぞれ中間層を介して積層されていることを特
徴とする有機非線形光学材料。 ２、請求項１に記載の有機非線形光学材料を製造するに
当って、非線形光学物質あるいはその前駆物質を基板上
に飛来させて有機非線形光学物質の層となすこと、及び
中間層を形成する物質あるいはその前駆物質を基板上に
飛来させて中間層となすこと、を交互に繰り返すことを
特徴とする、有機非線形光学材料の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1950489A JPH02201320A (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 有機非線形光学材料及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1950489A JPH02201320A (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 有機非線形光学材料及びその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02201320A true JPH02201320A (ja) | 1990-08-09 |
Family
ID=12001205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1950489A Pending JPH02201320A (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 有機非線形光学材料及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02201320A (ja) |
-
1989
- 1989-01-31 JP JP1950489A patent/JPH02201320A/ja active Pending
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