JPH03211533A - Nonlinear optical element - Google Patents
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- JPH03211533A JPH03211533A JP771990A JP771990A JPH03211533A JP H03211533 A JPH03211533 A JP H03211533A JP 771990 A JP771990 A JP 771990A JP 771990 A JP771990 A JP 771990A JP H03211533 A JPH03211533 A JP H03211533A
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Abstract
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ゾン化合物を用
いた非線形光学素子に間する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Industrial Application Field" The present invention relates to an organic nonlinear optical element, and particularly to a nonlinear optical element using a hydrazone compound having an excellent second-order nonlinear optical effect.
「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)
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′−二トロスチルヘン
(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、Phys、。However, even with a large β value, as typified by 4-dimethylamino-4'-nitrostilhene (hereinafter abbreviated as DANS), second-order nonlinear optical phenomena occur due to the crystal structure with a center of symmetry. It also has the disadvantage that there is no (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
。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. For these reasons, until now,
There are few reports of organic compounds that exhibit a second-order nonlinear optical effect higher than that of MNA, and therefore, there are not many known elements that have 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、Ch
eila、J、Zyss+ Non1inearOp
tical Properties of 0r3an
tc Mo1ecules andCrystals、
Academic Press、Inc、、New Y
ork(+987))。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, Ch
eila, J, Zyss+ Non1inearOp
ticalProperties of 0r3an
tc Molecules and Crystals,
Academic Press, Inc., New Y
ork(+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。One of the methods is to use a liquid crystal compound or a liquid crystal polymer material as a medium. That is, the liquid crystal material is
In the liquid crystal state, molecular orientation can be controlled by an electric or magnetic field. Taking advantage of this property, by mixing an organic compound with a large β value into the liquid crystal material and applying an electric or magnetic field, liquid crystal This method eliminates the center of symmetry by orienting the organic compound in the orientation direction of . For example, the generation of second harmonics has been observed in polymer media obtained by mixing DANS in a liquid crystal polymer, applying an electric field in the liquid crystal state, and rapidly cooling it (D, J).
Williams、 Non1inear 0pti
cal Properties ofOrganic
Mo1ecules and Crystals、p4
05、Acade+w+cPress、Inc、、Ne
w York(1987))*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 (に、D、Singer、J、E、5
ohn+S、J、Lalama、 Appl。Williams, Non1inear 0pti
cal Properties of Organic
Molecules and Crystals, p4
05, Acade+w+cPress, Inc., Ne
York (1987)) *Another method is to use a thermoplastic transparent polymer material as the medium. That is, a method using polymethyl methacrylate as a polymeric medium (D., Singer, J.E., 5
ohn+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62−8713
9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))
, a method using acrylamide (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-8713
9), a method using polyethylene glycol (Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-522.523), etc. In these methods, as in the case of the liquid crystal material medium, the glass transition of the polymer medium is This is a method in which an electric field is applied under heating above a point to orient the organic compound and eliminate 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、宮田清蔵、
第35回応用物理学問係連合講演会予稿集、pl 79
(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, pl 79
(1989)'), with this method, generation of second harmonics has been observed even without applying an electric field.
また、ヒドラゾン系化合物で、
−CH=N−NHCO−基を有する化合物で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(B、L
、Davydov、e/ J/、、Sov、J、Qua
ntuo+εIectron、Engl、Trans、
、?(1)、129(1977)) 、5−ニトロフル
フリル セミカルバゾンが、ギ酸リチウムの30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。In addition, among hydrazone compounds, some compounds with -CH=N-NHCO- groups that exhibit second-order nonlinear optical effects are known (B, L
,Davydov, e/ J/, ,Sov, J, Qua.
ntuo+εIectron, Engl, Trans,
,? (1), 129 (1977)), 5-nitrofurfuryl semicarbazone generates second harmonics with an intensity 30 times that of lithium formate, and its nonlinear optical effect is not satisfactory.
「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, it is difficult to obtain large crystals, the stability of the crystals is poor, and there are problems with compatibility with polymer materials. It has problems such as poor solubility. Furthermore, the nonlinear optical constants are still not satisfactory.
本発明は、かかる問題点を解決するために、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 solve 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)で示されるヒドラゾ
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 hydrazone compound represented by the following general formula (1).
即ち、
2
「但し、式中、R1はハンシュの置換基定数πで、0〈
π〈1.5から選ばれる置換基を、R2はアルキル基ま
たは水素原子を表す。j
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, 2 ``However, in the formula, R1 is Hansch's substituent constant π, and 0〈
R2 represents a substituent selected from π<1.5 and an alkyl group or a hydrogen atom. The present invention relates to a nonlinear optical element characterized by comprising a medium containing at least a compound represented by j.
本発明は、上記の構成よりなり、一般式(I)で表され
るヒドラゾン系化合物は、分子骨格に、π共役系を有す
。また1、剛直な、π電子共役系部分と、屈曲性に富む
ヒドラゾン部分とからなり、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)で表されるヒドラゾン系化合物と液晶性
高分子、他の高分子化合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)で表されるヒドラゾン系化合
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 hydrazone compound represented by the general formula (I) has a π-conjugated system in its molecular skeleton. In addition, 1. It is composed of a rigid π-electron conjugated system part and a highly flexible hydrazone part, and has excellent compatibility with liquid crystal polymers, other polymer compounds, or liquid crystal compounds. Therefore, in a nonlinear optical element using a mixture of a hydrazone 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 hydrazone compound represented by (), the content can be increased, so 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
) −M O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
dar、J、CheIl、Phys、、67.448(
+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
dar, J. CheIl, Phys., 67.448 (
+977)).
上記、0udarの方法を用いて、一般式(I)で表さ
れる化合物で、R1: (CHり 2N−基、R2;水
素原子で表される化合物(後記化合物(2〉)のβ値を
算出したところ、40.4X 10−”esu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−”esu及び2
80X 1O−SOであった。また、上記化合物の粉末
法での測定結果では、MNAに比して、やや強い第2高
調波が観測され、化合物のβ値の見積に、PPP−MO
法を用いる妥当性が示される。Using the above Oudar method, the β value of the compound represented by the general formula (I), R1: (CH2N- group, R2: hydrogen atom (compound (2) described later), was determined. When calculated, it was 40.4X 10-"esu. Similarly, when the β value was calculated for MNA and DANS, it was 14.9X 10-"esu and 2, respectively.
It was 80×1O-SO. In addition, in the measurement results of the above compound using the powder method, a slightly stronger second harmonic was observed compared to MNA, and it was difficult to estimate the β value of the compound using PPP-MO.
The validity of using the method is shown.
また、β値と相関性のあるパラメータについて、検討を
行ったところハンシスの置換基の電子的パラメータπと
相関性があることを見いだした(C。In addition, we investigated parameters that have a correlation with the β value and found that there is a correlation with the electronic parameter π of the Hansis substituent (C.
Hanseh、r/ J/、、J、Med、Chew
、、IS、 +207(+973)、ノAt’d
、 、20,304(197?))。そこで、この手法
を用いて、分子のβ値を見積もり、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)
で表されるヒドラゾ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)で示されるヒドラゾン
化合物を含有することを特徴とする非線形光学素子に関
するものである。Hanseh, r/ J/,, J, Med, Chew.
,,IS, +207(+973),NoAt'd
, , 20,304 (197?)). Therefore, using this method, we estimated the β value of the molecule, predicted the optimal molecular structure from the standpoint of molecular design, measured them using methods such as the powder method, and conducted various studies. Formula (1)
It has become clear that the hydrazone compound represented by is effective. The present invention has been made based on this knowledge, and is characterized in that, in a nonlinear optical element constituted by a medium into which light is incident, the object contains a hydrazone compound represented by the following general formula (1). It relates to nonlinear optical elements.
上記ヒドラゾン化合物は、次の構造を有する。The hydrazone compound has the following structure.
2
「但し、式中、R1はハンシュの置換基定数πで、0〈
π〈1.6から選ばれる置換基を、R2はアルキル基ま
たは水素原子を表す。」
R1として代表的な置換基を例示するならば、ニトロ基
、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基、モノアルキルア
ミノ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基等が挙げ
られる。2 ``However, in the formula, R1 is Hansch's substituent constant π, and 0〈
R2 represents a substituent selected from π<1.6 and an alkyl group or a hydrogen atom. Typical substituents for R1 include a nitro group, an alkoxy group, a dialkylamino group, a monoalkylamino group, a halogen atom, and a halogenated alkyl group.
R2はアルキル基または水素原子で表される。R2 is represented by an alkyl group or a hydrogen atom.
また、前記一般式(1)で表される化合物は、相当する
芳香族ベンズアルデヒド誘導体とホルミルヒドラジンの
脱水縮合反応で容易に製造することができる。Further, the compound represented by the general formula (1) can be easily produced by a dehydration condensation reaction between a corresponding aromatic benzaldehyde derivative and formylhydrazine.
(:)′
以下、一般式(1)で表される化合物の代表的な具体例
を示すが、これらの化合物に限定されるものではない。(:)' Hereinafter, typical examples of the compound represented by the general formula (1) will be shown, but the invention is not limited to these compounds.
502
30
/
/
本発明の非線形光学素子は、上記、一般式(rE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(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。502 30 / / 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 (rE), or may be formed by combining the compound represented by the general formula (1) with heat. A compound represented by general formula (I) and a thermoplastic transparent polymer, a liquid crystal polymer, or a liquid crystal compound may be a solid material consisting of a mixture with a plastic transparent polymer, a liquid crystal polymer, or a liquid crystal compound. By using a mixed solid, the molecular orientation of the compound represented by the general formula (1) can be controlled using the molecular orientation of these media, and a larger nonlinear optical effect can be obtained. Since these media have high film formability, they also have the advantage that they 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ごと
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. be.
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、側鎖にメソー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。Although there are no particular limitations on the liquid crystal polymer used in the present invention, for example, a side chain type liquid crystal polymer having a mesogen group in the side chain is preferred. 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<X>で表される化合物の単一成分からなる結晶
は、一般式(1)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)に適当な温度で溶解させ、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 Ralski method, etc.), by dissolving 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 crystallization method, a vacuum evaporation method, a vapor phase growth method such as molecular beam epitaxy, or the like.
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、冷部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(1)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(I>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(1)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。Further, a solid mixture of a compound represented by general formula (I) 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 solidifying in the cold under 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 (1) is not particularly limited as long as it can take a solid state with molecular orientation.The compound represented by the general formula (I>) is compatible with these media. Since the content is excellent, 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 by the medium. The content of the compound used is preferably in the range of 2 to 60%.
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、導波路内に光を閉じこめ
ることができるので、光パワー密度が大きくなる、相互
作月長を長くできる、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, high efficiency can be achieved, such as increasing the optical power density and lengthening the interoperating period. 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フ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高調波発生票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(I)で表されるヒドラゾ
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、上記索子の一端からコア(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 embodiments. Figures 1 and 2 are examples of the nonlinear optical element of the present invention, and the optical waveguide type wavelength waveguide as a second harmonic generation element. FIG. 1, which shows a schematic diagram of a conversion element, shows a core (4) made of a medium containing a hydrazone compound represented by the general formula (I) having a second-order nonlinear optical effect, and a core (4) made of a medium such as glass. It has a structure covered with a cladding (5) made of a medium (hereinafter abbreviated as an isotropic medium) that does not exhibit the following nonlinear optical effect. In the figure, the solid line indicates the fundamental wave of the incident light, and the dotted line indicates the second harmonic.
3), and enters the core (4) from one end of the cord. 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)で表されるヒドラゾン系化合
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)でサンドウィチし
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
の有機7i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。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the device, in which a waveguide (8) containing a hydrazone 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, low refractive index layer (9)
is composed of an organic 7i film such as vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer or an inorganic thin film such as 5i02. In the figure, the solid line represents the fundamental wave of the incident light, and the dotted line represents the fundamental wave of the incident light.
The second harmonic is shown. The laser light is focused by a lens or the like (3), and enters the waveguide (8) from one end of the element.
導波路内で、第2iE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。A second iE 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
ともできる。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<X>で表されるヒドラゾ
ン系化合物を含有する媒体から成る導波gil(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 hydrazone system represented by the general formula <X> is contained in a substrate (13) made of an isotropic medium. Waveguide gil (12) consisting of a medium containing a compound
is provided, and two further electrodes (11) are connected to the waveguide (12).
) are provided at opposing positions along the length direction, and an electric field is created by applying a voltage between the electrodes (11) using an external electric field (14). In the above element, the laser beam incident from one end of the waveguide is directed to the waveguide (12).
When the light passes through the nonlinear medium 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
イッチング素子や光学偏光器等の光学変調装置を、 (
3)は集光レンズを表す。In the figure, (1) indicates a laser light source, (2> indicates an optical modulation device 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じて、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21!I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, after treating the contact interface with the nonlinear medium with an alignment treatment material, the nonlinear medium may be precipitated to form the nonlinear optical element. 21st! In I and Figure 3,
As an electrode, indium tin oxide (ITO),
Conductors such as tin oxide, indium oxide, gold, silver, copper, and aluminum can be used.
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)で表されるヒドラゾン系化合物の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 hydrazone 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.
/
第
表
実施例2
一般式(1)で表されるヒドラゾ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10B4nm)を
集光して照射したところ、第2高調波(532nm)が
観測された。/ Table Example 2 Crystals of a hydrazone compound represented by general formula (1) were crushed and filled into a 0.1 mm thick glass cell. When this cell was irradiated with focused Nd:YAG laser light (wavelength: 10B4 nm), the second harmonic (532 nm) was observed.
第2高調波の強度をMNAに比して、同程度、やや強い
、かなり強いの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, slightly stronger, and considerably stronger, compared to MNA.
/
第2表
/
/
9″″
/′
実施例3
(2)あるいはくlO)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5m
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。この女子を 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
まて冷却した。この非線形光学女子に、Nd:YAC;
レーザー光(1064nm)を集光して照射したところ
、強い第2高調波(532nm)が観測された。/ Table 2 / / 9''''/' Example 3 0.4 g of the compound represented by (2) or ClO) and 2 g of polyoxyethylene with a molecular weight of 5 million were mixed with 5 m of benzene.
The resulting solution was spin-coded onto a glass substrate on which aluminum had been vacuum-deposited, and evaporated to dryness while maintaining 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 girl was maintained at 80°C and cooled to room temperature while applying a 1000V electric field to the upper and lower aluminum electrodes. For this nonlinear optical girl, Nd:YAC;
When laser light (1064 nm) was focused and irradiated, a strong second harmonic (532 nm) was observed.
「発明の効果j
以上のように、本発明の非線形光学素子は、般式(1)
で表されるヒドラゾン系化合物を含有する媒体からなり
、一般式(1)で表されるヒドラゾン系化合物は、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。ざらに、一般式(りで表されるヒドラゾン系
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(1)で表されるヒドラゾン系化合物を含
有する非線形光学女子は、波長変換素子、第2次?f&
詞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 j As described above, the nonlinear optical element of the present invention has the following properties:
The hydrazone compound represented by the general formula (1) 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 is characterized in that it can separate high-intensity second harmonics even with weak light, and can also efficiently produce electro-optic effects even with small voltage changes. In general, hydrazone compounds represented by the general formula (2) have excellent compatibility with thermoplastic transparent polymers, liquid crystal polymers, or liquid crystal compounds, so they are expressed by the general formula (1) created in this way. A nonlinear optical device containing a hydrazone-based compound is a wavelength conversion element, a second-order ?f&
Nonlinear optical elements such as wave display parametric oscillators and optical switches, and optical communication systems using them;
It is useful for constructing optical information processing.
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)変調装置
(3)レンズ
(4)コア
(5)クラッド
(6)上部電極
(7)下部電極
(8)非線形光学導波路
(9)低屈折率層
(10)基板
(I I)電極
(12)非線形光学導波路
(13)基板
(14)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) Modulator (3) Lens (4) Core (5) Clad (6) Upper electrode (7) Lower electrode (8) Nonlinear optical waveguide (9) Low refractive index layer (10) Substrate (I I) Electrode (12) Nonlinear optical waveguide (13) Substrate (14) External electric field
Claims (3)
に於いて当媒体が下記一般式( I )で示されるヒドラ
ゾ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、式中、R1はハンシュの置換基定数πで、0<
π<1.5から選ばれる置換基を、R2はアルキル基ま
たは水素原子を表す。」(1) A nonlinear optical element comprising a medium into which light is incident, wherein the medium contains a hydrazone compound represented by the following general formula (I). ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼(I) ``However, in the formula, R1 is Hansch's substituent constant π, and 0<
R2 represents a substituent selected from π<1.5 and an alkyl group or a hydrogen atom. ”
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 hydrazone compound.
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 hydrazone compound.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP771990A JPH03211533A (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Nonlinear optical element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP771990A JPH03211533A (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Nonlinear optical element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03211533A true JPH03211533A (en) | 1991-09-17 |
Family
ID=11673539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP771990A Pending JPH03211533A (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Nonlinear optical element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03211533A (en) |
-
1990
- 1990-01-17 JP JP771990A patent/JPH03211533A/en active Pending
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