JPH03209443A - Nonlinear optical element - Google Patents

Nonlinear optical element

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JPH03209443A
JPH03209443A JP2004944A JP494490A JPH03209443A JP H03209443 A JPH03209443 A JP H03209443A JP 2004944 A JP2004944 A JP 2004944A JP 494490 A JP494490 A JP 494490A JP H03209443 A JPH03209443 A JP H03209443A
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JP
Japan
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nonlinear optical
medium
electron
liquid crystal
general formula
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JP2004944A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuro Shigemitsu
靖郎 重光
Akiyoshi Tsuchida
槌田 昭義
Yoshitomo Yonehara
祥友 米原
Yutaka Tachikawa
豊 立川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawamura Institute of Chemical Research
DIC Corp
Original Assignee
Kawamura Institute of Chemical Research
Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the nonlinear optical element which has a large quadratic nonlinear optical constant and has the good compatibility with a high-polymer material by constituting this optical system of a medium having a specific hydrazine compd. CONSTITUTION:The hydrazine compd. which is the powder or crystal expressed by formula I is incorporated into the medium. In the formula I, R1 denotes an electron-donating substituent or electron-withdrawing substituent; X denotes CH or N atom. The hydrazine compd. expressed by the formula I has an n conjugation system in the molecular skeleton and has an electron-donating group or electron-withdrawing group as the substituent R1. The nonlinear optical element having the large quadratic nonlinear optical constant (beta value) and the good compatibility with the high-polymer material is obtd. in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、有機非線形光学素子に係わり、特に、優れた
、2次の非線形光学効果を有するヒドラジン化合物を用
いた非線形光学素子に間する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to organic nonlinear optical elements, and particularly to nonlinear optical elements using hydrazine compounds having excellent second-order nonlinear optical effects.

「従来の技術」 オプトエレクトロニクスの分野では、レーザー光の短波
長化にともない、既存レーザー光を2倍の周波数(第2
高調波)の光に変換する非線形光学材料の開発、更に、
大きな非線形光学効果を示し、高速応答する非線形光学
材料の開発等が精力的に進められている。従来、無機材
料が、開発の主であったが、有機化合物は■非線形光学
定数の大きいことが期待される■応答速度の速いことが
期待される■光学損傷の少ないことが期待される等の理
由から、π電子共役系を有する有機化合物が注目される
に至った(シーエムシー、有機非線形光学材料 R&D
  No、  72、加藤政雄、中西へ部(1985)
等)。これらによると、2−メチル−4−ニトロアニリ
ン(以下、MNAと略記する)に代表されるように、π
電子系を有しかつ分子内に電子供与性基と電子吸引性基
を有する化合物が2次の非線形光学定数β(以下、単に
「β値」と略記する)が大きいことが知られている。
"Conventional technology" In the field of optoelectronics, as the wavelength of laser light has become shorter, existing laser light has been doubled in frequency (second
development of nonlinear optical materials that convert harmonics into light;
The development of nonlinear optical materials that exhibit large nonlinear optical effects and respond at high speed is being actively pursued. Traditionally, inorganic materials have been the main focus of development, but organic compounds are expected to have large nonlinear optical constants, fast response speeds, and low optical damage. For these reasons, organic compounds with π-electron conjugated systems have attracted attention (CMC, Organic Nonlinear Optical Materials R&D
No. 72, Masao Kato, Hebe Nakanishi (1985)
etc). According to these, as represented by 2-methyl-4-nitroaniline (hereinafter abbreviated as MNA), π
It is known that compounds having an electronic system and having an electron donating group and an electron withdrawing group in the molecule have a large second-order nonlinear optical constant β (hereinafter simply abbreviated as "β value").

しかし、  4−ジメチルアミノ−4′−ニトロスチル
ベン(以下DANSと略記する)に代表されるように、
β値が大きくても、対称中心を有する結晶構造のため、
2次の非線形光学現象を生じないという欠点も有する(
 J、L、0udar、J、Chem。
However, as typified by 4-dimethylamino-4'-nitrostilbene (hereinafter abbreviated as DANS),
Even if the β value is large, because of the crystal structure with a center of symmetry,
It also has the disadvantage of not producing second-order nonlinear optical phenomena (
J., L., Oudar, J., Chem.

Phys、、87.446(+977)) −また、有
機分子性結晶に於ける分子配列はある温度領域で個々の
分子種によって一意的に決まる場合が多く、結晶中での
分子配列制御は非常に困難である。このような理由によ
り、いままで、MNAより高い2次の非線形光学効果を
示す有機化合物の報告例はほとんどなく、したがって、
MNAを用いた非線形光学素子より高効率の素子は余り
知られていない。
Phys, 87.446 (+977)) - Furthermore, the molecular arrangement in organic molecular crystals is often uniquely determined by individual molecular species in a certain temperature range, and it is extremely difficult to control the molecular arrangement in the crystal. Have difficulty. For these reasons, there have been few reports of organic compounds that exhibit higher second-order nonlinear optical effects than MNA, and therefore,
There are not many known elements with higher efficiency than nonlinear optical elements using MNA.

一方、上記のような問題点から、大きなβ値を示すにも
かかわらず、その結晶構造に起因して2次の非線形光学
効果を示さない有機化合物に、2次の非線形光学効果を
発現させる方法が、種々検討されている( D、S、C
hela、J、Zyss、Non11nearOpti
cal Properties of Organic
 Mo1ecules andCrystals、Ac
ademic Press、Inc、、New Yor
k(+987)) *その方法の1つは、液晶化合物あ
るいは、液晶高分子材料を媒体として用いる方法である
。即ち、液晶材料は、液晶状態に於いて、電場あるいは
磁場により分子配向を制御することができ、この性質を
利用して、液晶材料中にβ値の大きな有機化合物を混合
し、電場あるいは磁場を印加する事で、液晶の配向方向
に、有機化合物を配向させ、対称中心をなくする方法で
ある。たとえば、液晶高分子中に、DANSを混合し、
液晶状態で電場を印加し、急冷して得られる高分子媒体
について、第2次高調波の発生が観測されている(D、
j。
On the other hand, due to the above-mentioned problems, there is a method for producing a second-order nonlinear optical effect in an organic compound that does not exhibit a second-order nonlinear optical effect due to its crystal structure, despite exhibiting a large β value. have been variously studied (D, S, C
hela, J, Zyss, Non11nearOpti
cal Properties of Organic
Molecules and Crystals, Ac
academic Press, Inc., New York
k(+987)) *One of the methods is to use a liquid crystal compound or a liquid crystal polymer material as a medium. In other words, the molecular orientation of liquid crystal materials can be controlled by electric or magnetic fields in the liquid crystal state. Taking advantage of this property, an organic compound with a large β value is mixed into the liquid crystal material and an electric or magnetic field is applied. This is a method in which the organic compound is aligned in the alignment direction of the liquid crystal by applying an electric current, thereby eliminating the center of symmetry. For example, by mixing DANS into a liquid crystal polymer,
Generation of second harmonics has been observed in polymeric media obtained by applying an electric field and rapidly cooling the liquid crystal state (D,
j.

Williams+  Non1inear 0pti
cal Properties ofOrganic 
Mo1ecules and Crystals、p4
05、AcadeI!1icPress、Inc、、N
ew  York(+987))。
Williams+ Non1inear 0pti
cal Properties of Organic
Molecules and Crystals, p4
05, AcadeI! 1icPress, Inc., N
ew York (+987)).

また、他の方法として、熱可塑性透明高分子材料を媒体
として用いる方法がある。即ち、 高分子媒体として、
ポリメチルメタクリレートを用いる方法 (K、D、S
inger、J、E、5ohn、S、J、Lalama
、  Appl。
Another method is to use a thermoplastic transparent polymer material as a medium. That is, as a polymeric medium,
Method using polymethyl methacrylate (K, D, S
inger, J.E., 5ohn, S.J., Lalama.
, Appl.

Phys、Lett、、49,248(1986))、
アクリルアミドを用いる方法(特開昭62−87139
号公報)、ポリエチレングリコールを用いる方法(特開
昭64−522.523号公報)等があり、これらの方
法に於いても、前記液晶材料媒体の場合と同様に、高分
子媒体のガラス転移点以上の加温下で、電場を印加し、
有機化合物を配向させ、対称中心をなくする方法である
Phys, Lett, 49, 248 (1986)),
Method using acrylamide (JP-A-62-87139
There are methods using polyethylene glycol (Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-522.523), and in these methods, as in the case of the liquid crystal material medium, the glass transition point of the polymer medium is Applying an electric field under the above heating condition,
This is a method of orienting organic compounds and eliminating the center of symmetry.

更に新しい方法として、宮田らによって開発された方法
がある。即ち、高分子媒体として、ポリεカプロラクト
ンを用いる方法であり(宮崎健、渡辺敏行、宮田清藏、
第35回応用物理学問係連合講演会予稿集、p 179
 (1989) )、この方法では、電場印加せずとも
、第2次高調波の発生が観測されている。
An even newer method is the method developed by Miyata et al. That is, it is a method using polyε-caprolactone as a polymeric medium (Ken Miyazaki, Toshiyuki Watanabe, Seizo Miyata,
Proceedings of the 35th Applied Physics Union Lecture Conference, p 179
(1989)), with this method, generation of second harmonics has been observed even without applying an electric field.

また、ヒドラジン系化合物(−NHNH−結合を有する
もの)で、2次の非線形光学効果を示すものは、多少知
られているが(J、F、N1coud、R,J。
In addition, some hydrazine compounds (having -NHNH- bonds) that exhibit second-order nonlinear optical effects are known (J, F, N1coud, R, J.

Twleg、  Non1inear  0ptica
l  Properties ofOrganic M
o1ecules and Crystals、  v
ol 2  p221、Academic Press
、Inc、、New York(1987))、4−ニ
トロフェニルヒドラジンが、m−ニトロアニリンの1.
6倍の強度で第2高調波を発生する程度で、その非線形
光学効果は、満足すべきものではない。
Twleg, Non1inear 0ptica
l Properties of Organic M
o1ecules and Crystals, v
ol 2 p221, Academic Press
, Inc., New York (1987)), 4-nitrophenylhydrazine is the 1.
The nonlinear optical effect is not satisfactory, since the second harmonic is generated at six times the intensity.

r本発明が解決しようとしている課題」上記従来の有機
非線形光学材料は、非線形光学定数が非常に大きい反面
、大きな結晶が得にくいこと、その結晶の安定性が悪い
こと、高分子材料への相溶性が悪いこと等の問題点を有
する。また、非線形光学定数もいまだ、満足すべきもの
ではない。
``Problems to be Solved by the Present Invention'' Although the conventional organic nonlinear optical materials described above have very large nonlinear optical constants, they also have problems such as difficulty in obtaining large crystals, poor stability of the crystals, and phase problems with polymer materials. It has problems such as poor solubility. Furthermore, the nonlinear optical constants are still not satisfactory.

本発明は、かかる問題点を闘決するために、2次の非線
形光学定数が大きく、かつ高分子材料への相溶性の良い
、有機化合物を用いた非線形光学素子を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to overcome these problems, the present invention provides a nonlinear optical element using an organic compound that has a large second-order nonlinear optical constant and is highly compatible with polymeric materials.

「課題を解決するための手段」 上記の問題点は、下記一般式(1)で示されるヒドラジ
ン系化合物を用いることで、達成される。
"Means for Solving the Problems" The above problems can be achieved by using a hydrazine compound represented by the following general formula (1).

即ち、 「但し、R1は電子供与性置換基または電子吸引性置換
基を表し、Xは、CHまたはN原子を表す。」で表され
る化合物を少なくとも含有する媒体からなることを特徴
とする非線形光学素子に間するものである。
That is, a nonlinear medium comprising at least a compound represented by "wherein R1 represents an electron-donating substituent or an electron-withdrawing substituent, and X represents a CH or N atom" It is placed between optical elements.

本発明は、上記の構成よりなり、一般式(1)で表され
るヒドラジン系化合物は、分子骨格に、π共役系を有し
、かつ、置換基R1として電子供与性基あるいは電子供
与性基を有する。更に、そのπ電子共役系が長ければ長
いほど、また、置換基の電子吸引性が強ければ強いほど
、2次の非線形光学定数(β値)は大きくなる。また、
一般式(1)で表されるヒドラジン系化合物は、剛直な
、π電子共役系部分と、屈曲性に冨むヒドラジン部分と
からなり、液晶性高分子、他の高分子化合物あるいは液
晶化合物との相溶性に優れる。従って、一般式(1)で
表されるヒドラジン系化合物と液晶性高分子、他の高分
子化合物あるいは液晶化合物とからなる混合物を用いる
非線形光学素子に於いて、有機非線形化合物として、一
般式(1)で表されるヒドラジン系化合物を用いる際、
この含有量を多くすることができるので、高い非線形光
学効果が得られる。
The present invention has the above configuration, and the hydrazine compound represented by the general formula (1) has a π-conjugated system in the molecular skeleton, and an electron-donating group or an electron-donating group as the substituent R1. has. Furthermore, the longer the π-electron conjugated system and the stronger the electron-withdrawing property of the substituent, the larger the second-order nonlinear optical constant (β value) becomes. Also,
The hydrazine compound represented by the general formula (1) consists of a rigid π-electron conjugated system part and a hydrazine part with high flexibility, and is compatible with liquid crystal polymers, other polymer compounds, or liquid crystal compounds. Excellent compatibility. Therefore, in a nonlinear optical element using a mixture of a hydrazine compound represented by the general formula (1), a liquid crystal polymer, another polymer compound, or a liquid crystal compound, the general formula (1) is used as the organic nonlinear compound. ) When using a hydrazine compound represented by
Since this content can be increased, a high nonlinear optical effect can be obtained.

なお、有機化合物の2次の非線形光学定数(β値〉は、
P P P (Pariser−Parr−Pople
) −Mo法により、理論計算できることが知られてお
り、PPP−Mo法により得られた各分子パラメータを
用いて、β値を算出することができる (j、L、0u
dar1.1.Chem、Phys、、67.446(
+977))。
Note that the second-order nonlinear optical constant (β value) of an organic compound is
P P P (Pariser-Parr-Pople
) -Mo method is known to be able to perform theoretical calculations, and β values can be calculated using each molecular parameter obtained by the PPP-Mo method (j, L, 0u
dar1.1. Chem, Phys, 67.446 (
+977)).

上記、0udarの方法を用いて、一般式(1)で表さ
れる化合物で、R1: p−c)(、o   X :C
Hて表される化合物(後記化合物I−7〉のβ値を算出
したところ、371X IQ−”esuと非常に大きい
値となった。同様に、MNA、DANSについて、β値
を計算したところ、それぞれ、14.9X 10−”e
su及び280X 10−30てあった。また、上記化
合物の粉末法での測定結果では、MNAに比して、かな
り強い第2高調波が観測され、化合物のβ値の見積に、
P P P−Mo法を用いる妥当性が示される。
Using the method of Oudar above, a compound represented by general formula (1), R1: p-c)(, o X :C
When the β value of the compound represented by H (compound I-7 below) was calculated, it was a very large value of 371X IQ-"esu. Similarly, when the β value was calculated for MNA and DANS, Each 14.9X 10-”e
su and 280X 10-30. In addition, in the measurement results of the above compound using the powder method, a considerably stronger second harmonic was observed compared to MNA, and when estimating the β value of the compound,
The validity of using the P P P-Mo method is demonstrated.

そこで、この手法を用いて、分子のβ値を見積もり1、
最適な分子構造を分子設計の立場から予測し、それらを
、粉末法等の手法で実測評価し、種々の検討を加えたと
ころ、一般式(1)で表されるヒドラジン系化合物が有
効であることが明かとなった。本発明はかかる知見によ
りなされたものであり、光が入射される媒体で構成され
る非線形光学素子に於いて当課体が下記一般式(1)で
示されるヒドラジン化合物を含有することを特徴とする
非線形光学素子に間するものである。
Therefore, using this method, we estimate the β value of the molecule1,
After predicting the optimal molecular structure from the standpoint of molecular design, actually measuring and evaluating it using methods such as the powder method, and adding various considerations, we found that the hydrazine compound represented by general formula (1) is effective. It became clear. The present invention has been made based on this knowledge, and is characterized in that a nonlinear optical element constituted by a medium into which light is incident is characterized in that the subject body contains a hydrazine compound represented by the following general formula (1). It is used between nonlinear optical elements.

上記ヒドラジン化合物は、次の構造を有する。The above hydrazine compound has the following structure.

! と)′ 「但し、R1は電子供与性置換基または電子吸引性置換
基を表し、Xは、CHまたはN原子を表す、JRlで表
される置換基は特に制限はなく、電子供与性置換基また
は電子吸引性置換基の中から選ばれる。これらを例示す
ると、 アルキル基、 (CHs) 2N −CH5N H−H
2N−PhNH−(Phはフェニル基)。
! )'"However, R1 represents an electron-donating substituent or an electron-withdrawing substituent, and X represents a CH or N atom. The substituent represented by JR1 is not particularly limited, and may be an electron-donating substituent or electron-withdrawing substituents. Examples of these include alkyl groups, (CHs) 2N -CH5N H-H
2N-PhNH- (Ph is a phenyl group).

CH,C0NH−CH,0CONH−CH,○−PhO
−−H,−ハロゲン、−CH2X (Xはハロゲン原子
)、−COOH,−COOR(Rはアルキル基)、−C
OOPh、−COR。
CH, CONH-CH, 0CONH-CH, ○-PhO
-H, -Halogen, -CH2X (X is a halogen atom), -COOH, -COOR (R is an alkyl group), -C
OOPh, -COR.

’ COP h 、  −CON H2、−CONR2
,−CN。
'COP h, -CON H2, -CONR2
,-CN.

−NO3、−C=CH,−CH=CHC0OH。-NO3, -C=CH, -CH=CHC0OH.

−CH=CHCN、   −CH=C(CN)2゜−C
H=NPh等の置換基が挙げられる。
-CH=CHCN, -CH=C(CN)2゜-C
Examples include substituents such as H=NPh.

前記一般式(1)で表される化合物は、例えば、アメリ
カ特許出願明細曹、App1.No、274.223(
1988,11,21>等に従って、製造することがで
きる。   以下、一般式(りで示される化合物の代表
的な具体例を示すが、本発明は、これらの具体例によっ
て制限されるものではない。
The compound represented by the general formula (1) is described, for example, in the US Patent Application Specification, App1. No, 274.223 (
1988, 11, 21> etc. Hereinafter, typical examples of the compound represented by the general formula (2) will be shown, but the present invention is not limited to these examples.

/ 一二つ 本発明の非線形光学素子は、上記、一般式(I)で表さ
れる化合物の単一成分からなる結晶あるいは、粉末でも
よく、また、一般式(I)で表される化合物と熱可塑性
透明高分子、液晶高分子、あるいは液晶化合物との混合
物からなる固体材料であっても良い。一般式(I)で表
される化合物と熱可塑性透明高分子、液晶高分子、ある
いは液晶化合物との混合固体を用いることで、これらの
媒体の分子配向を利用し一般式(1)で表される化合物
の分子配向を制御することができ、より大きな非線形光
学効果を得ることができる。また、これらの媒体は、フ
ィルム成形性が高いので薄膜化等のデバイス化が容易で
あるという利点も有する。
/ The nonlinear optical element of the present invention may be a crystal or powder consisting of a single component of the compound represented by the general formula (I), or may be a crystal or powder consisting of a single component of the compound represented by the general formula (I). It may be a solid material made of a thermoplastic transparent polymer, a liquid crystal polymer, or a mixture with a liquid crystal compound. By using a solid mixture of the compound represented by the general formula (I) and a thermoplastic transparent polymer, liquid crystal polymer, or liquid crystal compound, the compound represented by the general formula (1) can be obtained by utilizing the molecular orientation of these media. It is possible to control the molecular orientation of the compound used, and it is possible to obtain larger nonlinear optical effects. Furthermore, these media have the advantage that they have high film formability and can be easily formed into devices such as thin films.

本発明に於いて用いられる透明性高分子として、特に制
限はないが、例示するならばポリメチルメタクリレート
、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコールのこと
き、ポリオキシアルキレンオキシド、ポリ弗化ビニリデ
ン、ポリεカプロラクトン等である。
The transparent polymer used in the present invention is not particularly limited, but examples include polymethyl methacrylate, polyacrylamide, polyethylene glycol, polyoxyalkylene oxide, polyvinylidene fluoride, polyε-caprolactone, etc. It is.

本発明に於いて用いられる液晶高分子として、特に制限
はないが、例えば、側鎖にメソニゲン基を有する側鎖型
液晶高分子が好ましい。たとえば、側鎖型ポリアクリレ
ート系液晶高分子、側鎖型ポリシロキサン系液晶高分子
などである。
The liquid crystal polymer used in the present invention is not particularly limited, but, for example, a side chain type liquid crystal polymer having a mesonigenic group in the side chain is preferable. Examples include side chain type polyacrylate liquid crystal polymers and side chain type polysiloxane liquid crystal polymers.

本発明に於いて用いられる液晶化合物として、特に制限
はないが、例えば、液晶転移点が室温より高い化合物が
、好適に用いられる。
The liquid crystal compound used in the present invention is not particularly limited, but for example, a compound having a liquid crystal transition point higher than room temperature is preferably used.

一般式(1)で表される化合物の単一成分からなる結晶
は、一般式(I)で表される化合物を加熱溶融させた後
、冷却させて、結晶化させる方法(ブリッジマン法、チ
ョクラルスキー法等であっても良い)、適当な溶媒(た
とえば、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン
、ベンゼン、トルエン等)に適当な温度で溶貿させ、温
度を降下させるか溶媒を徐々に除去させる方法等により
結晶化させる方法、真空蒸着法、分子線エピタキシー等
の気相成長法等により、得ることができる。
Crystals consisting of a single component of the compound represented by the general formula (1) can be obtained by heating and melting the compound represented by the general formula (I), cooling it, and crystallizing it (Bridgeman method, Ralski method, etc.), a method of melting in an appropriate solvent (for example, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, benzene, toluene, etc.) at an appropriate temperature, and then lowering the temperature or gradually removing the solvent, etc. It can be obtained by a method of crystallization, a vacuum evaporation method, a vapor phase growth method such as molecular beam epitaxy, or the like.

また、一般式(1)で表される化合物と熱可塑性透明高
分子、液晶高分子、あるいは液晶化合物との混合物固体
は、一般式(1)で表される化合物と熱可塑性透明高分
子、液晶高分子、あるいは液晶化合物との混合物を溶融
させた後、熱可塑性透明高分子の場合はその状態で、液
晶高分子、あるいは液晶化合物の場合は、徐々に冷却し
て得た液晶状態で、電場または磁場を印加し、その状態
で、冷却固化することで得られる。電場または磁場の印
加で、一般式(1)で表される化合物が、高分子あるい
は液晶材料の配向に従って、対称中心を持たない分子配
向を維持したままで、固化される。各成分の混合比は、
一般式(I)で表される化合物が、分子配向をした固体
状態をとり得るものであればよく、特に制限はない。一
般式(1)で表される化合物は、これら媒体との相溶性
に優れるので、広い範囲から選択できる。含有率が低す
ぎると、充分な非線形光学効果が得られず、また、高す
ぎると媒体による分子配向制御が困難となり、通常、一
般式(I)で表される化合物の含有率は、2〜60%の
範囲が好適に用いられる。
In addition, a solid mixture of a compound represented by general formula (1) and a thermoplastic transparent polymer, a liquid crystal polymer, or a liquid crystal compound is a solid mixture of a compound represented by general formula (1), a thermoplastic transparent polymer, or a liquid crystal compound. After melting a polymer or a mixture with a liquid crystal compound, in the case of a thermoplastic transparent polymer, it is in that state, and in the case of a liquid crystal polymer or a liquid crystal compound, it is gradually cooled in the liquid crystal state obtained by applying an electric field. Alternatively, it can be obtained by applying a magnetic field and cooling and solidifying in that state. By applying an electric field or a magnetic field, the compound represented by the general formula (1) is solidified while maintaining the molecular orientation without a center of symmetry according to the orientation of the polymer or liquid crystal material. The mixing ratio of each component is
The compound represented by the general formula (I) is not particularly limited as long as it can take a solid state with molecular orientation. Since the compound represented by the general formula (1) has excellent compatibility with these media, it can be selected from a wide range. If the content is too low, a sufficient nonlinear optical effect cannot be obtained, and if it is too high, it becomes difficult to control the molecular orientation using the medium. Usually, the content of the compound represented by the general formula (I) is 2 to 2. A range of 60% is preferably used.

また、本発明の非線形光学素子は、種々の形態を採るこ
とができ、上記、一般式(1)で表される化合物の単一
成分からなる結晶あるいは粉末、また、一般式(I)で
表される化合物と熱可塑性透明高分子、液晶高分子、あ
るいは液晶化合物との混合物からなる固体材料(以下、
これを総称して、非線形媒質と略称する)を非線形光学
素子として用いることができ、更に、非線形媒質を光導
波路として用いる導波路型非線形光学素子として用いる
ことができる。後者の場合は、導波路内に光を閉しこめ
ることができるので、光パワー密度が大きくなる、相互
作用長を長くできる、等、高効率化を図ることができる
。更に、位相整合も容易となる。
Furthermore, the nonlinear optical element of the present invention can take various forms, such as crystals or powder consisting of a single component of the compound represented by the general formula (1), or a crystal or powder represented by the general formula (I). A solid material (hereinafter referred to as
(hereinafter collectively referred to as a nonlinear medium) can be used as a nonlinear optical element, and furthermore, the nonlinear medium can be used as a waveguide-type nonlinear optical element that uses the nonlinear medium as an optical waveguide. In the latter case, since light can be confined within the waveguide, higher efficiency can be achieved, such as increased optical power density and longer interaction length. Furthermore, phase matching becomes easier.

「実施例」 以下、実施例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、
本発明は、それらの実施例によって制限を受けるもので
はない。  第1図、第2図は本発明の非線形光学素子
の一例であり、第2高調波発生素子としての光導波路型
波長変換素子の概略図を示す。第1図は、2次の非線形
光学効果を有する前記一般式(1)で表されるヒドラジ
ン系化合物を含有する媒体から成るコア(4〉が、ガラ
ス等の2次の非線形光学効果を示さない媒質(以下、等
方性媒質と略記する)からなるクラッド(5)で被覆さ
れた構造を有する。同図中、実線は、入射光の基本波を
、点線は、第2高調波を示す。レーザー光はレンズ等(
3)で集光され、上記素子の一端からコア(4)に入射
される。コア内で、第2高調波が発生し、他端より、基
本波を含む、第2高調波が出射され、プリズム、フィル
タ等の分光手段で分光する事で、第2高調波を取り出す
ことができる。
"Examples" The present invention will be explained in more detail using Examples below.
The present invention is not limited by these examples. FIGS. 1 and 2 are examples of the nonlinear optical element of the present invention, and show schematic diagrams of an optical waveguide type wavelength conversion element as a second harmonic generation element. Figure 1 shows that the core (4) is made of a medium containing a hydrazine compound represented by the general formula (1) that has a second-order nonlinear optical effect, but does not exhibit a second-order nonlinear optical effect, such as glass. It has a structure covered with a cladding (5) made of a medium (hereinafter abbreviated as an isotropic medium).In the figure, the solid line indicates the fundamental wave of the incident light, and the dotted line indicates the second harmonic. Laser light is transmitted through lenses, etc.
3) and enters the core (4) from one end of the element. A second harmonic is generated within the core, and the second harmonic including the fundamental wave is emitted from the other end.The second harmonic can be extracted by dispersing it with a spectroscopic means such as a prism or filter. can.

第2図は、素子の断面図を示し、2次の非線形光学効果
を有する前記一般式(1)で表されるヒドラジン系化合
物を含有する導波路(8)を、低屈折率層(9)の上部
に設け、それらを電極(6)、(7)てサンドウィッチ
した構造を有する。これらの層は、等方性媒質より成る
基板(10)上に形成される。同図中、低屈折率層(9
)は、弗化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体
等の有$1薄膜あるいは5i02、 等の無機薄膜で構
成される。同図中、実線は、入射光の基本波を、点線は
、第2高調波を示す。レーザー光はレンズ等(3)で集
光され、上記素子の一端から導波路(8)に入射される
。導波路内で、第2高調波が発生し、他端より、基本波
を含む、第2高調波が出射され、プリズム、フィルタ等
の分光手段で分光する事で、第2高調波を取り出すこと
ができる。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the device, in which a waveguide (8) containing a hydrazine compound represented by the general formula (1) having a second-order nonlinear optical effect is connected to a low refractive index layer (9). It has a structure in which it is sandwiched between electrodes (6) and (7). These layers are formed on a substrate (10) consisting of an isotropic medium. In the figure, the low refractive index layer (9
) is composed of a $1 thin film such as vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer or an inorganic thin film such as 5i02. In the figure, the solid line indicates the fundamental wave of the incident light, and the dotted line indicates the second harmonic. The laser light is focused by a lens or the like (3), and enters the waveguide (8) from one end of the element. A second harmonic is generated within the waveguide, and the second harmonic including the fundamental wave is emitted from the other end, and the second harmonic is extracted by dispersing it with a spectroscopic means such as a prism or filter. I can do it.

更に、従来より知られている光変調素子として用いるこ
ともてきる。第3図は、光変調素子の1例であり、光導
波路型光変調素子の概略図を示し、等方性媒質より成る
基板(13)中に前記一般式(I)で表されるヒドラジ
ン系化合物を含有する媒体から成る導波路(12)が設
けられ、更に2個の電極(11)が該導波路(12)を
介しかつ長さ方向に沿って対向する位置に設けられ、該
電極(11)間に外部電場(14)により電圧を印加す
る事で電界が形成される。上記素子に於いて、導波路の
一端から入射されたレーザー光が、導波路(12)を通
過し他端から出射される際、電界により、該非線形媒体
の屈折率が変化し、そのために、出射される光の位相も
変化し、位相変調を行うことができる。
Furthermore, it can also be used as a conventionally known optical modulation element. FIG. 3 is an example of a light modulation device, and shows a schematic diagram of an optical waveguide type light modulation device, in which a hydrazine system represented by the general formula (I) is contained in a substrate (13) made of an isotropic medium. A waveguide (12) made of a medium containing a compound is provided, and two electrodes (11) are provided at opposite positions along the length of the waveguide (12). 11) An electric field is formed by applying a voltage between them using an external electric field (14). In the above element, when the laser beam incident from one end of the waveguide passes through the waveguide (12) and is emitted from the other end, the refractive index of the nonlinear medium changes due to the electric field, and therefore, The phase of the emitted light also changes, allowing phase modulation.

尚、図中、 (1)はレーザー光源を、 (2)は光ス
イツチング素子や光学偏光器等の光学変m装置を、 (
3)は集光レンズを表す。
In the figure, (1) indicates a laser light source, (2) indicates an optical modifier such as an optical switching element or an optical polarizer, and (
3) represents a condensing lens.

上記、第1図、第2図及び第3図に示される非線形光学
素子に於いて、コア(4)あるいは導波路(8)、 (
12)は、前記の結晶成長方法に準して、キャピラリー
、あるいは、ガラス、プラスティック等の等方性媒質か
らなる基板(10)、(13)上に形成される。更に、
必要に応じて、非線形媒体との接触界面を配向処理材で
処理した後、非線形媒体を析出させて該非線形光学素子
を形成させても良い。第2図及び第3図に於いて、電極
としては、インジウムティンオキシド(ITO)、酸化
錫、酸化インジウム、金、銀、銅、アルミニウム等の導
電体が使用できる。
In the nonlinear optical elements shown in FIGS. 1, 2, and 3 above, the core (4) or the waveguide (8), (
12) are formed on substrates (10) and (13) made of a capillary or an isotropic medium such as glass or plastic according to the crystal growth method described above. Furthermore,
If necessary, the nonlinear optical element may be formed by treating the contact interface with the nonlinear medium with an alignment treatment material, and then depositing the nonlinear medium. In FIGS. 2 and 3, conductors such as indium tin oxide (ITO), tin oxide, indium oxide, gold, silver, copper, and aluminum can be used as the electrodes.

尚、本発明の非線形光学素子は、上記実施例に限定され
るものではなく、種々の形態が可能であり、結晶、粉末
等で構成されても良い。更に、第3図の光変調素子に於
いて、位相変調を行うための、電界印加方向は、非線形
媒体の対称性、結晶軸の方向等により異なり、それらに
基づき、電極の構成を適宜変更する必要がある。
It should be noted that the nonlinear optical element of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and can take various forms, and may be composed of crystals, powders, etc. Furthermore, in the optical modulation element shown in FIG. 3, the direction of applying the electric field for performing phase modulation varies depending on the symmetry of the nonlinear medium, the direction of the crystal axis, etc., and the configuration of the electrodes is changed as appropriate based on these factors. There is a need.

以下、実施例に基づいて、本発明の詳細な説明するが、
本発明は、以下の測定例により限定されるものではない
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples,
The present invention is not limited to the following measurement examples.

実施例1 一般式(1)で表されるヒドラジン系化合物の1064
  nmのレーザー光線に対するβ値をPPPMO法に
より理論計算を行った。その結果を、MNA、DANS
と比較して第1表に示す。
Example 1 1064 of a hydrazine compound represented by general formula (1)
Theoretical calculation of the β value for a nm laser beam was performed using the PPPMO method. The results are sent to MNA, DANS
A comparison is shown in Table 1.

/ ョ7 と 第1表 どコー 実施例2 一般式(1)で表されるヒドラジン系化合物の結晶を粉
砕し、0.1mm厚のガラス製セルに充填した。このセ
ルに、Nd:YAGレーザー光(波長101064nを
集光して照射したところ、第2高調波(532nm)が
観測された。
Example 2 Crystals of the hydrazine compound represented by the general formula (1) were crushed and filled into a 0.1 mm thick glass cell. When this cell was irradiated with Nd:YAG laser light (wavelength 101064n), the second harmonic (532nm) was observed.

第2高調波の強度をMNAに比して、同程度、かなり強
い、強いの3段階に分類して、第2表に示す。
Table 2 shows the intensity of the second harmonic, which is classified into three levels: the same level, considerably stronger, and stronger than MNA.

ン tの 11.2表 / 実施例3 1−7あるいはll−7で表される化合物0.4gと分
子量500万のポリオキシエチレン2gをベンゼン5 
m lに加熱溶解したものをガラス基板上にアルミニウ
ムを真空蒸着したものの上にスピンコードし、80℃に
保ちつつ蒸発乾固し、均一なフィルムを得た。更に、こ
の上に、アルミニウムを真空蒸着して、導波路型非線形
光学素子を得た。この素子を80℃に維持しつつ、上下
のアルミニウム電極に1000Vの電界を印加しつつ室
温まで冷却した。この非線形光学素子に、Nd:YAC
レーザー光(10B4nm)を集光して照射したところ
、かなり強い第2高調波(532nm)が観測された。
Table 11.2 of t/Example 3 0.4 g of the compound represented by 1-7 or ll-7 and 2 g of polyoxyethylene with a molecular weight of 5 million were mixed with benzene 5
ml was heated and melted and spin-coded onto a glass substrate on which aluminum had been vacuum-deposited, and evaporated to dryness while keeping the temperature at 80°C to obtain a uniform film. Furthermore, aluminum was vacuum-deposited thereon to obtain a waveguide type nonlinear optical element. This device was cooled to room temperature while maintaining the temperature at 80° C. and applying a 1000 V electric field to the upper and lower aluminum electrodes. In this nonlinear optical element, Nd:YAC
When laser light (10B4 nm) was focused and irradiated, a fairly strong second harmonic (532 nm) was observed.

「発明の効果」 以上のように、本発明の非線形光学素子は、般式(1)
で表されるヒドラジン系化合物を含有する媒体からなり
、一般式(I)で表されるヒドラジン系化合物は、大き
な非線形光学定数(β値)を有し、顕著な2次の非線形
光学効果を示すので、本発明の非線形光学素子は、弱い
光でも高強度の第2高調波を分離でき、更に、小さい電
圧変化でも電気光学効果を効率よく発現できるという特
徴を持つ、さらに、一般式(1)で表されるヒドラジン
系化合物は、熱可塑性透明高分子、液晶高分子、あるい
は液晶化合物との相溶性に優れるので、このようにして
作成された一般式(I)で表されるヒドラジン系化合物
を含有する非線形光学素子は、波長変換素子、第2次高
調波デイスプレーパラメトリック発振器、光スィッチ等
の非線形光学素子及びそれらを用いた光通信システム、
光情報処理の構築に有用である。
"Effects of the Invention" As described above, the nonlinear optical element of the present invention has the following formula (1):
The hydrazine compound represented by the general formula (I) has a large nonlinear optical constant (β value) and exhibits a remarkable second-order nonlinear optical effect. Therefore, the nonlinear optical element of the present invention has the characteristics that it can separate high-intensity second harmonics even with weak light, and can efficiently express the electro-optic effect even with small voltage changes. The hydrazine compound represented by formula (I) has excellent compatibility with thermoplastic transparent polymers, liquid crystal polymers, or liquid crystal compounds. The nonlinear optical elements contained include nonlinear optical elements such as wavelength conversion elements, second harmonic display parametric oscillators, and optical switches, and optical communication systems using them.
It is useful for constructing optical information processing.

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

第1図、第2図は、本発明の非線形光学素子の実施例と
しての波長変換素子の概略図、第3図は、光変調素子の
概略図を示す。 (1)レーザー光源 (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (l 0) (11) (l 2) (l 3) (l 4) 変調装置 レンズ コア クラッド 上部電極 下部電極 非線形光学導波路 低屈折率層 基板 電極 非線形光学導波路 基板 外部電場
1 and 2 are schematic diagrams of a wavelength conversion element as an embodiment of the nonlinear optical element of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of a light modulation element. (1) Laser light source (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (l 0) (11) (l 2) (l 3) (l 4) Modulator Lens core cladding upper electrode lower electrode nonlinear optical waveguide low refractive index layer substrate electrode nonlinear optical waveguide substrate external electric field

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光が入射される媒体で構成される非線形光学素子
に於いて当媒体が下記一般式( I )で示されるヒドラ
ジン化合物を含有することを特徴とする非線形光学素子
。 ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) 「但し、R1は電子供与性置換基または電子吸引性置換
基を表し、Xは、CHまたはN原子を表す。」
(1) A nonlinear optical element comprising a medium into which light is incident, wherein the medium contains a hydrazine compound represented by the following general formula (I). ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ (I) ``However, R1 represents an electron-donating substituent or an electron-withdrawing substituent, and X represents a CH or N atom.''
(2)媒体が、前記ヒドラジン化合物の粉末あるいは結
晶であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
非線形光学素子。
(2) The nonlinear optical element according to claim 1, wherein the medium is a powder or crystal of the hydrazine compound.
(3)媒体が、前記ヒドラジン化合物を含有する透明高
分子あるいは液晶化合物であることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の非線形光学素子。
(3) The nonlinear optical element according to claim 1, wherein the medium is a transparent polymer or a liquid crystal compound containing the hydrazine compound.
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