JPH0355527A - 新規な有機非線形光学材料およびそれを用いた光波長の変換方法 - 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） 本発明は波長変換素子等の非線形光学効果を利用する各
種素子に用いるに適した非線形光学材料に関する。また
、非線形光学材料を用いた光波長の変換方法に関する。

（従来の技術） 近年、非線形光学効果−レーザー光のような強い光電界
を与えたときに表われる、分極と電界との間の非線形性
一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。”Ｎ
ｏｎｌｉｎｅｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓ　ｏｆＯｒｇａｎｉｃ　ａｎｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ
　Ｍａｔｅｒｉａｌ”　ＡＣＳ　ＳＹＭＰＯＳＩｔＪＭ
ＳＥＲＩＥＳ　　２　３　３　　Ｄａｖｉｄ　Ｊ．Ｗｉ
ｌｌｉａｍｓ編（ＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌ　
Ｓｏｃｉｅｔｙ，　１　９　８　３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）。

非線形光学材料の用途の１つに、２次の非線形効果に基
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べロブスカイト類である。しか
し近年になり、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。

従って、この材料に用いるべき非線形光学応答を示す有
機化合物としては、まず分子状態での非線形感受率が高
いもの程望ましい。

しかしながら、２次の非線形光学材料として有用である
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測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。

（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、高い非線形応答性を示す
有機非線形光学材料を提供することにある。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。

（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、７員環と５員環
が縮環した化合物（但し縮合環を形成する全ての原子は
π電子を有し、少なくとも１つの原子は炭素原子ではな
い）から成る非線形光学材料、特に下記一般式（Ｉ）で
表わされる化合物を非線形光学応答性化合物として用い
ることにより、本発明の目的が達成可能なことを見出し
た。

一般式（Ｉ） （式中、Ｚは５員複素環を形威するに必要な原子群を表
わす。Ｒは７員環部の炭素原子に結合する置換基を表わ
す。） Ｚによって形成される５員複素環としては、例えば下記
の骨格が挙げられる。

７員環部の置換基Ｒは、例えば水素原子、アルキル基、
アリール基、アミノ基、アシルアミノ基、アルコキシ基
、アルキルチオ基、ヒドロキシ基、カルポキシ基、カル
バモイル基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基
、スルファモイル基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原
子を表わす。

以下に本発明に用いられる花台物の具体例を示すが、本
発明の範囲はこれらのみに限られるものではない。

化合物２ Ｃｌ． Ｈ ド Ｈ ■− これらの化合物の合成は下記■■の文献の記載を参考に
して行なうことができる。

■　小竹無二雄監修“大有機化学ｌ３巻　非ベンゼン系
芳香環化合物”Ｐ．１９３〜２０２■　米国特許第３，
６８７，６７４号明細書後述の実施例より明らかなよう
に、本発明の非線形光学材料は波長変換用の材料として
特に有用なものである。しかしながら本発明の非線形光
学材料の用途は波長変換素子にかぎられるものではなく
、非線形光学効果を利用するものであればいかなる素子
にも使用可能である。本発明の非線形光学材料が用いら
れつる素子の具体例として、波長変換素子以外に、光双
安定素子（光記憶素子、光パルス波形制御素子、光リミ
ター、微分増幅素子、光トランジスター、Ａ／Ｄ変換素
子、光論理素子、光マルチバイブレーター、光フリップ
フロップ回路等）、光変調素子および位相共役光学素子
等が挙げられる。

本発明の化合物は、例えば粉末の形、宿主格子（ポリマ
ー、包接化合物、固溶体、液晶）中の分子の包有物の形
、支持体上に沈積した薄層の形（ラングミーア・プロジ
ェット膜など）、単結晶の形、溶液の形等、種々の形で
非線形光学材料として用いることができる。

また本発明の化合物をペンダントの形でボリマー、ボリ
ジアセチレンなどに結合させて用いることもできる。

これらの方法について詳しくは前述のＤ．Ｊ．Ｗｆ　Ｉ
　Ｉ　ｉａｍｓ編の著作などに記載されている。

（実施例） 次に、本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。

実施例 第２高調波発生の測定をエス・ケー・クルツ（Ｓ．　Ｋ
．　Ｋｕｒｔｚ）、ティー・ティー・ぺりー（Ｔ．　Ｔ
．　Ｐｅｒｒ著、ジャーナル　オブ　アプライド　フィ
ジックス（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）　３　９巻、３
７９８頁（１９６８年刊）中に記載されている方法に準
じて、本発明の化合物の粉末に対して行なった。

第１図に示した装置により測定を行った。

すなわち、測定は、バルスＹＡＧレーザー光（λ＝１．
０６４μｍ，ビーム径＃ＩＩ！ｌｌＩＩφ、ビークバワ
ーｓ　１　０　Ｍｗ／ｃｒＩ）を基本波に用い、第１図
に示す評価装置にて、その第２高調波の強度を測定した
。測定は、尿素の第２高調波の強度との相対比較で行っ
た。また強度が弱い場合には目視による観測を行った。

特に、基本波の２光子吸収による発光（おもに黄、赤の
発光）と第２高調波とを区別するために、分光器を入れ
、第２高調波のみを測定する様にした。さらに粉末法の
測定は、その物質の非線形性の有無を判断することが注
目的であり、その強度比は比線形性の大きさの、参考値
である。

結果を表１に示した。

（発明の効果） これら粉末法により、ＳＨＧ活性を示した化合物は下記
に示す方法により、波長変換素子とじての使用が可能で
ある。

１．ファイバーのコア部分に上記化合物を単結晶化し、
クテッド材料としてガラスを用いた波長変換素子を作戊
し、ＹＡＧレーザー光を入力しその第二高調波の発生が
可能である。さらに、他の方法として同様にして、導波
路型の波長変換素子を作成し、第二高調波の発生が可能
である。この時の位相整合方法には、チェレンコフ放射
方式を用いた。ただし、これらに限定されるだけでなく
、導波一導波の位相整合も可能である。波長変換波は第
二高調波に限定されるでけでなく、第三高調波、和およ
び差周波発生にも用いられる。

２．次に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二高
調波の発生が可能である。この時の位相整合方法には角
度位相整合を用いた。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。

波長変換波は第二高調波に限定されるだけでなく、第三
高調波、和差周波発生にも用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図に粉末法の測定装置を示すが、図中の番号は下記
を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）７員環と５員環が縮環した化合物（但し、縮合環
   を形成する全ての原子はπ電子を有し、少なくとも１つ
   の原子は炭素原子ではない）から成る非線形光学材料。
2. （２）７員環と５員環が縮環した化合物が下記の一般式
   （ I ）で表わされる化合物である請求項（１）記載の
   非線形光学材料。 一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｚは５員複素環を形成するに必要な原子群を表
   わす。Ｒは７員環部の炭素原子に結合する置換基を表わ
   す。）
3. （３）レーザー光と非線形光学材料とを用いて光波長の
   変換を行なう際に、非線形光学材料として請求項（１）
   記載の有機非線形光学材料を用いる光波長の変換方法。