JPH0363632A - Second order nonlinear optical element - Google Patents

Second order nonlinear optical element

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JPH0363632A
JPH0363632A JP19976189A JP19976189A JPH0363632A JP H0363632 A JPH0363632 A JP H0363632A JP 19976189 A JP19976189 A JP 19976189A JP 19976189 A JP19976189 A JP 19976189A JP H0363632 A JPH0363632 A JP H0363632A
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JP
Japan
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crystal
nonlinear optical
optical element
plane
electric field
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JP19976189A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Tsunekawa
哲也 恒川
Tetsuya Goto
哲哉 後藤
Hiroyuki Matagi
宏至 股木
Seiji Fukuda
誠司 福田
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the optical element which has a second order nonlinear optical effect, such as large wavelength conversion effect and a first order electrooptical effect, and has no problems in stability and workability by using a carbonyl compd. having a specific structure. CONSTITUTION:The 4'-nitrobenzylidene-3-ethyl carbonyl amino-4-methoxy aniline which is the monoclinic crystal belonging to a space group CC and point group #9 and has the structure expressed by formula I is used as the quadratic nonlinear optical element to provide at least one substantially optically smooth surface. This surface allows the incidence or propagation of the light having the vector component of the large electrical oscillation in the axial direction of the max. absorption existing within the crystal ac plane. This surface is the (010) face of the crystal and has at least one set of electrodes which impress an electric field having the vector component of the electric field within the crystal ac face.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光情報処理や光通信の分野で極めて有用な、
波長変換効果や一次電気光学効果(ポッケルス効果)な
どの2次非線形光学効果を応用した、高性能の2次非線
形光学素子に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is extremely useful in the fields of optical information processing and optical communication.
This invention relates to high-performance second-order nonlinear optical elements that apply second-order nonlinear optical effects such as wavelength conversion effects and first-order electro-optic effects (Pockels effect).

[従来の技術] 非線形光学効果とは、光電場E(たとえばレーザ光)を
物質に印加した場合、物質の応答として電気分極Pの一
般式、 P=χ(1)E+χ(21EE+χ”EEE+・・・(
ここでχ31ゝは線形感受率、χ(n)  (n≧2の
整数)は非線形感受率)において、Eの2次以上の高次
の項により発現される効果を指す。
[Prior Art] A nonlinear optical effect is a general formula for electric polarization P as a response of a material when an optical electric field E (for example, a laser beam) is applied to the material, P=χ(1)E+χ(21EE+χ''EEE+...・(
Here, χ31ゝ is a linear susceptibility, and χ(n) (an integer of n≧2) is a nonlinear susceptibility), which refers to the effect expressed by a second or higher order term of E.

第2項による効果を2次非線形光学効果という。The effect due to the second term is called a second-order nonlinear optical effect.

第2高調波発生(Second Harmonic G
eneration:5)IG)やパラメトリック発振
等の波長変換効果や一次電気光学効果(ポッケルス効果
)がその例である。
Second Harmonic G
Examples include wavelength conversion effects such as energy generation: 5) IG), parametric oscillation, and primary electro-optic effects (Pockels effect).

これらの効果を応用すると第2高調波発生素子(SHG
素子)やパラメトリック発振器などの波長変換素子や光
スィッチ、光変調器といった電気光学素子など、産業上
重要な2次非線形光学素子が実現できる。
Applying these effects, the second harmonic generation element (SHG
It is possible to realize industrially important second-order nonlinear optical elements, such as wavelength conversion elements such as optical elements), parametric oscillators, and electro-optical elements such as optical switches and optical modulators.

2次非線形光学素子は、2次非線形光学効果を持つ光学
媒質で作られ、レーザ光などを入射または伝播させる実
質的に光学的に平滑な面を有する。
The second-order nonlinear optical element is made of an optical medium that has a second-order nonlinear optical effect, and has a substantially optically smooth surface through which laser light or the like is incident or propagated.

電気光学素子の場合には、更に、電場を印加するための
電極を有する。
In the case of an electro-optical element, it further includes an electrode for applying an electric field.

素子をより高性能、すなわちより大きな非線形光学効果
を持つ媒質で作ると、 ■光源出力の低減化、 ■素子サイズのコンパクト化、 あるいは ■印加電圧の低減化、 さらには ■低価格化、 等が図れ有利である。
If the element is made with a medium that has higher performance, that is, a larger nonlinear optical effect, it will be possible to: ■reduce the light source output, ■reduce the element size, or ■reduce the applied voltage, and furthermore, ■reduce the price. It is advantageous to aim for it.

2次非線形光学媒質には効果発現に関して強い異方性(
光電場および外部電場方位への依存性)がある。従って
、効果を有効に発現させる素子構造が必要である。
Secondary nonlinear optical media have strong anisotropy (
dependence on optical electric field and external electric field orientation). Therefore, there is a need for an element structure that effectively exhibits the effect.

従来の非線形光学媒質としては、 ■ニオブ酸リチウム(LN)やリン酸二水素カリウム(
KDP)などの無機強誘電体結晶、■2−メチルー4−
ニトロアニリン(MNA)などの有機結晶、 ■2次光非線形性を有する有機分子と高分子の複合系(
後述のボールド・ポリマ系等)などが挙げられる。
Conventional nonlinear optical media include ■Lithium niobate (LN) and potassium dihydrogen phosphate (
Inorganic ferroelectric crystals such as KDP), ■2-methyl-4-
Organic crystals such as nitroaniline (MNA), ■ Composite systems of organic molecules and polymers with second-order optical nonlinearity (
Bold polymer type (described later), etc.

非線形光学媒質のは、最も早くからこの分野で利用が検
討され、加工法など素子作製技術が最も知られている非
線形光学媒質である。しかしながら、その2次非線形光
学効果は大きくない。従って、この非線形光学媒質のか
らなる2次非線形光学素子の性能は一般に不満足なもの
であり、大型化する、高価格になるという問題がある。
Nonlinear optical media were the earliest to be considered for use in this field, and their processing methods and other element fabrication techniques are the most well-known. However, its second-order nonlinear optical effect is not large. Therefore, the performance of a secondary nonlinear optical element made of this nonlinear optical medium is generally unsatisfactory, and there are problems in that it is large and expensive.

非線形光学媒質■の中で最も高性能であり多用されるL
N結晶には光により性能劣化がおこるという、産業利用
上好ましくない問題がさらにある。
Among the nonlinear optical media■, L has the highest performance and is widely used.
N-crystal has a further problem in that its performance is degraded by light, which is undesirable for industrial use.

非線形光学媒質■は、分子内π電子ゆらぎに起因する有
機分子の大きな光非線形性と高速応答性、さらにはレー
ザ耐性の大きさが注目され、近年、無機強誘電体系非線
形光学媒質■を越えるものとして、活発に検討されてい
るものである。
Nonlinear optical media (■) have attracted attention for their large optical nonlinearity and high-speed response of organic molecules caused by intramolecular π-electron fluctuations, as well as their high laser resistance, and in recent years, they have been developed to surpass inorganic ferroelectric nonlinear optical media (■). This is something that is being actively considered.

例えば、2−メチル−4−ニトロアニリン(MNA)結
晶は、非線形光学媒質■のなかでも最高の、無機強誘電
体系非線形光学媒質LN結晶を越える大きな非線形光学
効果を有するものとして報告されている(例えば、J、
 Appl、 Phys、 、 50 (4)、 25
23 (1979)、 J、 Cherrr、 Phy
s、 、 75 (3)、 1509 (1981) 
)。
For example, 2-methyl-4-nitroaniline (MNA) crystal has been reported to have a large nonlinear optical effect that exceeds that of the inorganic ferroelectric nonlinear optical medium LN crystal, which is the best among nonlinear optical media. For example, J.
Appl, Phys, 50 (4), 25
23 (1979), J. Cherrr, Phy.
s, 75 (3), 1509 (1981)
).

しかしMNA結晶の非線形光学効果の大きさはLN結晶
に比較してそれ程大きなものではない。
However, the magnitude of the nonlinear optical effect of the MNA crystal is not so large compared to that of the LN crystal.

また、水溶性、室温での昇華性など実用上好ましくない
性質もある。
It also has properties that are not desirable in practice, such as water solubility and sublimability at room temperature.

非線形光学媒質■は、高分子の加工・適用性の良さに着
目したものであるが、2次非線形光学効果の大きさは媒
質■より遥かに小さく、現状ではLN結晶と比較しても
小さい。これは、高分子の存在によって非線形光学効果
を有する成分の濃度が低下させられること、ならびに、
ポーリング処理(この方法についてはMR8会議資料V
o1.109゜’Non1inear 0ptical
 Propertteg of Po17iers’。
Nonlinear optical medium (2) is a material that focuses on the good processing and applicability of polymers, but the magnitude of the second-order nonlinear optical effect is much smaller than that of medium (2), and is currently smaller than that of LN crystal. This is because the presence of polymers reduces the concentration of components with nonlinear optical effects, and
Polling processing (This method is explained in MR8 Conference Material V.
o1.109゜'Non1inear 0ptical
Propertteg of Po17iers'.

Ed、  b7^、J、 Heeger ef al、
、 1988. pp19に詳しい)などの方法には非
線形光学効果を有する成分の有効な配向化に限界がある
ことによる。また、非線形光学効果を有する成分(色素
)の配向緩和にょって性能低下するという経時的安定性
に係わる問題をこの種の媒質は有している。
Ed, b7^, J, Heeger ef al,
, 1988. This is because there is a limit to the effective orientation of a component having a nonlinear optical effect in methods such as those described in detail in pp. 19). In addition, this type of medium has a problem in terms of stability over time, in which performance deteriorates due to orientation relaxation of a component (dye) having a nonlinear optical effect.

以上の様に、従来技術による3種の非線形光学媒質はい
づれも、高性能の2次非線形光学素子を実現するには不
満足であった。
As described above, all three types of nonlinear optical media according to the prior art are unsatisfactory in realizing a high-performance second-order nonlinear optical element.

以下に、従来技術による2次非線形光学素子の例を挙げ
、現状を説明する。
Below, examples of secondary nonlinear optical elements according to the prior art will be given and the current status will be explained.

第5図aは特開昭61−18934号のLN結晶を用い
たプロトン交換導波路51を有するチェレンコフ型SH
G素子52の従来例である。プロトン交換導波路51に
入射された、集光レンズ53により集光された半導体レ
ーザ光54は、導波とともにその第2高調波55に変換
され、導波路外へ放射される。80mWという特別製の
高出力半導体レーザ光(基本波波長840nm)を光源
56にして第2高調波(420nm)の出力は最大約1
mWと報告されている。実用上は、数mW以上の出力が
必要であるが、波長変換効果が大きくないLN結晶を用
いてはこれ以上の出力は望めな2い。また、第5図すに
チェレンコフ型SHG素子52の概略図を示すが、素子
サイズも長さ6mmと大形である。
Figure 5a shows a Cerenkov type SH having a proton exchange waveguide 51 using an LN crystal disclosed in JP-A-61-18934.
This is a conventional example of the G element 52. Semiconductor laser light 54 that is incident on the proton exchange waveguide 51 and focused by the condensing lens 53 is converted into a second harmonic wave 55 along with the guided wave, and is radiated out of the waveguide. Using a specially made high-power semiconductor laser beam (fundamental wave wavelength 840 nm) of 80 mW as the light source 56, the output of the second harmonic (420 nm) is approximately 1 at maximum.
mW is reported. In practice, an output of several mW or more is required, but an output higher than this cannot be expected using an LN crystal that does not have a large wavelength conversion effect2. Further, FIG. 5 shows a schematic diagram of a Cerenkov type SHG element 52, and the element size is also large, with a length of 6 mm.

汎用に供給可能な40mW程度の出力の半導体レーザを
光源として数mW以上の出力が可能なSHG素子を構成
するにはもっと高性能の非線形光学媒質が入用である。
In order to construct an SHG element capable of outputting several mW or more using a generally available semiconductor laser with an output of about 40 mW as a light source, a higher performance nonlinear optical medium is required.

第6図は、AuracherらによってWave He
ctron。
FIG. 6 shows Wave He by Auracher et al.
ctron.

4、129 (1980)に報告されている非線形光学
媒質としてLN結晶を用いた分岐干渉型光変調素子の従
来例である。
4, 129 (1980), this is a conventional example of a branching interference type optical modulator using an LN crystal as a nonlinear optical medium.

一方から導波してきた入力光61はY型分岐部分で分岐
され、平行電極間に印加される電場により生ずる屈折率
変化によって導波光62と導波光63の位相がずらされ
、再び合波するときこの位相のずれによって干渉し、変
調され、出力光64となる。変調は、従って、電極間電
場によってなされる。
Input light 61 guided from one side is split at the Y-shaped branch, and the phases of guided light 62 and guided light 63 are shifted due to the refractive index change caused by the electric field applied between the parallel electrodes, and when they are combined again. This phase shift causes interference and modulation, resulting in output light 64. Modulation is therefore done by the electric field between the electrodes.

この従来例では、導波光波長が633nmの時、駆動電
圧約4■、帯域1.3GHzと報告されてい。分岐部分
の長さが6mmと長く、集積度をあげたいという要求に
は一次電気光学効果の大きくないLN結晶を用いては応
えられない。
In this conventional example, it is reported that when the guided light wavelength is 633 nm, the driving voltage is about 4 .ANG., and the band is 1.3 GHz. The length of the branched portion is as long as 6 mm, and the demand for increasing the degree of integration cannot be met by using an LN crystal that does not have a large primary electro-optic effect.

第7図は、−次電気光学効果(ポッケルス効果)を応用
する電気光学素子の動作原理を説明するためのものであ
って、強度変調電気光学素子(光強度変調器)の模式図
である。
FIG. 7 is a schematic diagram of an intensity modulation electro-optic element (light intensity modulator) for explaining the operating principle of an electro-optical element that applies a -order electro-optic effect (Pockels effect).

直交する偏光子72と検光子73の間に、電極74と7
5を有する複屈折性の電気光学素子71が置かれている
。簡単のため、電気光学素子71は、その光学軸(yお
よび2)が偏光子と検光子に対して45°の角度となる
よう配置されている。
Between the polarizer 72 and the analyzer 73, which are orthogonal to each other, electrodes 74 and 7 are connected.
A birefringent electro-optical element 71 having a diameter of 5 is disposed. For simplicity, the electro-optic element 71 is arranged so that its optical axis (y and 2) is at an angle of 45° with respect to the polarizer and analyzer.

電気光学素子71に直線偏光が入射すると、入射光波は
常光(y)と異常光(z)の成分に分解され、各々独立
に結晶中を伝播するが、結晶固有の複屈折と電極間電場
印加時の電場誘起複屈折とによって互いにその位相がず
らされる。そして、−般には楕円偏光となった光は、検
光子の偏光軸方位成分のみが出射され、従って印加電場
の強度に応じて光強度が変化する。
When linearly polarized light enters the electro-optical element 71, the incident light wave is decomposed into ordinary light (y) and extraordinary light (z) components, each of which propagates independently in the crystal, but due to birefringence inherent in the crystal and the electric field applied between the electrodes. Their phases are shifted from each other due to electric field-induced birefringence. In general, only the azimuth component of the polarization axis of the analyzer is emitted from the elliptically polarized light, and therefore the light intensity changes depending on the intensity of the applied electric field.

結局、入力光(I、)と出力光(I)の強度関係は、 I=Io山2(φ/2)    ・−・・・(1)で表
される。ただし、φは常光と異常光の位相差である。こ
こで、 である。ただし、lは光路長、λは光の波長、δは結晶
固有の複屈折による位相差、nは屈折率、r effは
電気光学係数、Eは電場強度である。
In the end, the intensity relationship between the input light (I,) and the output light (I) is expressed as: I=Io peak 2 (φ/2) (1). However, φ is the phase difference between the ordinary light and the extraordinary light. Here, . Here, l is the optical path length, λ is the wavelength of light, δ is the phase difference due to birefringence inherent in the crystal, n is the refractive index, r eff is the electro-optic coefficient, and E is the electric field intensity.

上式において、 1/2 Xn3r ef f Eは電
場誘起複屈折であり、この大きさ、すなわち印加電場の
大きさによってIを、 O≦I≦I。
In the above equation, 1/2

の範囲で変化(強度変調)できることがわかる。It can be seen that the intensity can be changed (intensity modulation) within the range of .

φをπだけずらせるに要する電場Elすなわち電圧Vの
大きさ■πは半波長電圧と呼ばれる重要なパラメータで
あって、 で表される。ここで、dは電極間距離である。
The electric field El, that is, the magnitude of the voltage V required to shift φ by π, is an important parameter called the half-wave voltage, and is expressed as follows. Here, d is the distance between the electrodes.

以上のことから、電極間距離などの素子構成に係る部分
を除くと、電気光学結晶固有の特性により決定されるn
3re11/2で表される量は素子の性能を決める重要
な量であることがわかる。この量は性能指数とよばれる
。これが大きければ大きいほど低電圧駆動の、あるいは
コンパクトな素子が構成可能となる。
From the above, excluding parts related to the element configuration such as the distance between electrodes, n is determined by the characteristics specific to the electro-optic crystal.
It can be seen that the quantity expressed by 3re11/2 is an important quantity that determines the performance of the element. This quantity is called the figure of merit. The larger this value is, the more it becomes possible to construct an element that can be driven at a lower voltage or is more compact.

従来、専ら電気光学素子作製の検討対象となってきたL
N結晶の性能指数(n3r33/2)は120 pm/
V程度と大きくない。大きな期待が寄せられているにも
係わらず、真に実用的な光変調器や光スィッチが未だ登
場していないというのは性能指数の大きな非線形光学媒
質が見出だされていないためである。
Until now, L has been considered exclusively for the production of electro-optical elements.
The figure of merit (n3r33/2) of N crystal is 120 pm/
It is not large, about V. Despite great expectations, truly practical optical modulators and optical switches have not yet appeared because a nonlinear optical medium with a large figure of merit has not been found.

以上説明した以外の非線形光学媒質ならびに電気光学素
子については例えば、SpringerProceed
ings in Ph7sics 18.  ”Ele
clro−optic andPhototefrac
tive Materiala  、 I!d、b7P
、Gunter、  198?、  pp2〜17. 
pp150〜158. pp159〜164あるいは、
西原浩ら、「光集積回路」、オーム社、1985年2月
25日発行に詳しい。
For nonlinear optical media and electro-optical elements other than those described above, see SpringerProceed.
ings in Ph7sics 18. “Ele
clro-optic and Phototefrac
tive Materiala, I! d, b7P
, Gunter, 198? , pp2-17.
pp150-158. pp159-164 or
For details, see Hiroshi Nishihara et al., "Optical Integrated Circuits," Ohmsha, February 25, 1985.

これまで説明したような従来技術の状況を背景として、
真に実用的な2次非線形光学素子を構成するため、より
高性能の非線形光学媒質の開発を目指した検討が、有機
結晶を中心に活発になされているというのが現在の状況
である。
Against the background of the state of the prior art as explained above,
In order to construct a truly practical second-order nonlinear optical element, the current situation is that active research is being conducted mainly on organic crystals to develop a nonlinear optical medium with higher performance.

[発明が解決しようとする課題] 本発明の課題は、2次非線形光学効果が大きく、しかも
安定性、加工性に問題のない高性能非線形光学媒質を見
出だし、その非線形光学効果を有効に利用し得る部品形
状を付加して、波長変換素子、電気光学素子などとして
好適に利用される高性能2次非線形光学素子を提供する
ことにある。
[Problem to be solved by the invention] The problem of the present invention is to find a high-performance nonlinear optical medium that has a large second-order nonlinear optical effect and has no problems with stability and processability, and to effectively utilize the nonlinear optical effect. It is an object of the present invention to provide a high-performance second-order nonlinear optical element that can be suitably used as a wavelength conversion element, an electro-optic element, etc. by adding a component shape that can be modified.

[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するため、本発明は下記の構成からなる
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.

「構造式(1)で表される4′−ニトロベンジリデン−
3−エチルカルボニルアミノ−4−メトキシアニリンの
、空間群Cc、点群#9に属する単斜晶系結晶からなり
、少なくとも1つの実質的に光学的に平滑な面を有する
2次非線形光学素子。
"4'-nitrobenzylidene- represented by structural formula (1)
A second-order nonlinear optical element comprising a monoclinic crystal of 3-ethylcarbonylamino-4-methoxyaniline belonging to space group Cc and point group #9, and having at least one substantially optically smooth surface.

(I)」 本発明者らは、下記ベンジリデンアニリン誘導体の結晶
が、2次非線形光学効果が大きく、しかも安定性に優れ
る材料として有用であることを先に特開昭63−113
429号公報で開示している。
(I)'' The present inventors previously discovered in JP-A No. 63-113 that crystals of the benzylidene aniline derivatives shown below are useful as materials with large second-order nonlinear optical effects and excellent stability.
It is disclosed in Publication No. 429.

(Dはドナー性置換基、Aはアクセプター性置換基を示
す。R1−R9は、水素または任意の置換基であり、か
つ、少なくとも一つは分子配向制御基である。) しかしながら、この開示で用いたSHG粉末法(J、A
ppl、Ph7s、、  39.3798(1966)
に詳しい)によっては、2次非線形光学素子を作製する
際に必要な2次非線形感受率(3階のテンソル)の大き
さ、異方性、結晶構造との関係などについては知ること
ができない。
(D represents a donor substituent and A represents an acceptor substituent. R1 to R9 are hydrogen or any substituent, and at least one is a molecular orientation control group.) However, in this disclosure, The SHG powder method used (J, A
ppl, Ph7s, 39.3798 (1966)
(for details), it is not possible to know the magnitude of the second-order nonlinear susceptibility (third-order tensor), anisotropy, and its relationship with the crystal structure, etc., which are necessary when producing a second-order nonlinear optical element.

そこで本発明者らは、各種ベンジリデンアニリン誘導体
を合成し、良質な単結晶を成長させ、それらについて非
線形光学的ならびにX線内キャラクタリゼーションを行
い、高性能2次非線形光学素子を構成し得る非線形光学
媒質を見い出すべく鋭意努力した。
Therefore, the present inventors synthesized various benzylidene aniline derivatives, grew high-quality single crystals, performed nonlinear optical and I worked hard to find a medium.

その結果、SHG粉末法ではSHG相対強度ウレつ比3
0程度とあまり高い性能を示さなかった4′−ニトロベ
ンジリデン−3−エチルカルボニルアミノ−4−メトキ
シアニリン(以下、MNBAEiと略す)結晶が、極め
て大きな2次非線形感受率χ(21を有することを、後
述するようにメーカフリンジ法によるSHG強度測定と
一次電気光学効果の測定によって見い出すに至った。
As a result, in the SHG powder method, the SHG relative strength ratio was 3.
It was found that the 4'-nitrobenzylidene-3-ethylcarbonylamino-4-methoxyaniline (hereinafter abbreviated as MNBAEi) crystal, which did not show a very high performance of about 0, had an extremely large second-order nonlinear susceptibility χ (21). This was discovered by measuring the SHG intensity using the Maker fringe method and measuring the first-order electro-optic effect, as described below.

一般に、有機分子は結晶多形(ポリモルフイズム)を示
す傾向が強いが、MNBAE tにおいては、アセトン
またはDMFなどを溶媒とする溶液法、および気相法、
触法により比較的容易に結晶を成長させることができ、
それらのどの方法で結晶を成長させても、特定の構造の
結晶を得ることができ、本発明においては、この特定の
構造を有することが非線形光学媒質として必要である。
Generally, organic molecules have a strong tendency to exhibit crystal polymorphism, but in MNBAE t, a solution method using acetone or DMF as a solvent, a gas phase method,
Crystals can be grown relatively easily by tactile methods,
No matter which of these methods is used to grow a crystal, a crystal with a specific structure can be obtained, and in the present invention, the nonlinear optical medium is required to have this specific structure.

特定の構造とは、空間群Cc (Hermann−Ma
uguinの略記号)、点群# 9 (Interna
tional  Tablesfor Cr7atal
lograph7. Vat、 A″5pace Gt
oupS7mmetr7 、Ed、J Theo Ha
hn、The InternationalUnion
 of  Cr7sta11ograpb7(19g3
)による空間群の番号)に属する結晶構造であり、すな
わち、23±1℃において、下記に示す格子定数等を有
する。
The specific structure is the space group Cc (Herman-Ma
abbreviation for uguin), point group #9 (interna
tional Tables for Cr7atal
loggraph7. Vat, A″5pace Gt
oupS7mmeter7, Ed, J Theo Ha
hn, The International Union
of Cr7sta11ograpb7(19g3
), that is, it has a lattice constant etc. shown below at 23±1°C.

a =  8.276 (2)入    β= 115
.27 (1) ’b = 28.057(3) A 
    z =4c =  7.651(1)人 この結晶の構造を第1図に示す。以降、この構造をα型
と呼ぶ。
a = 8.276 (2) Enter β = 115
.. 27 (1) 'b = 28.057 (3) A
z = 4c = 7.651 (1) Figure 1 shows the structure of this crystal. Hereinafter, this structure will be referred to as α type.

ただし、ここに挙げた格子定数等の値は、結晶の分野に
おいて一般に認められているように、測定条件により変
動するものであり、士数%程度のずれであれば、空間群
Cc、点群#9に属すると言える。
However, as is generally accepted in the field of crystals, the values of the lattice constants etc. listed here vary depending on the measurement conditions, and if there is a deviation of about 1%, the space group Cc, point group It can be said that it belongs to #9.

このような格子定数のずれについては、次のような例が
ある。MNA結晶の構造について、空間群:Cc、点材
:#9に属する単斜晶系結晶という点では一致している
が、格子定数については、B、 F、 Levineら
(J、^pp1. Ph7g、 5G (4)、 25
23 (1979) )は、 a=11.17 A、 b=11.60 A、  C=
7.9OA。
Examples of such deviations in lattice constants are as follows. Regarding the structure of MNA crystal, it is agreed that it is a monoclinic crystal belonging to space group: Cc and point material: #9, but regarding the lattice constant, B, F. Levine et al. (J, ^pp1. Ph7g , 5G (4), 25
23 (1979)), a=11.17 A, b=11.60 A, C=
7.9OA.

β=137゜ また、G、 F、 1.ipseombら(J、 Ch
ew、Ph7g、 75 (3)、 1509(1,9
81)は、 a=11.57±0.01人、  b=  11.62
±0.01A。
β=137° Also, G, F, 1. ipseomb et al. (J, Ch.
ew, Ph7g, 75 (3), 1509 (1,9
81), a=11.57±0.01 people, b=11.62
±0.01A.

c=  8.22±0.01A、  β= 139.1
8±0.02゜というように、測定者により若干異なる
数字が報告されている。
c=8.22±0.01A, β=139.1
Slightly different numbers have been reported by different measurers, such as 8±0.02°.

α型のMNBAEt結晶のb軸をy方位とし1、ac面
内での最大吸収の軸をX方位、それらに垂直な軸を2方
位とすると2次非線形光学感受率行列は結晶の対称性(
paint group、 m)から次の(4)式で表
わすことができる。
If the b-axis of an α-type MNBAEt crystal is the y-direction, 1, the axis of maximum absorption in the ac-plane is the
paint group, m) can be expressed by the following equation (4).

・・・(4) ここで、各々の感受率の大きさを、結晶の構造から考え
ると、χ■□1が最大となる。
(4) Here, when considering the magnitude of each susceptibility from the crystal structure, χ■□1 is the maximum.

従って、光について、 (ア)結晶ac面内に電気振動ベクトル成分を持つ光を
入射または伝播させると大きな非線形光学効果を得るこ
とができ好ましい、 (イ)X方位に大きな電気振動ベクトル成分を持つ光を
入射または伝播させると最も好ましい、ことが予想され
た。
Therefore, regarding light, (a) It is preferable to make light that has an electric vibration vector component in the ac plane of the crystal enter or propagate because a large nonlinear optical effect can be obtained. (b) It has a large electric vibration vector component in the X direction. It was predicted that it would be most preferable to allow light to enter or propagate.

また、光の入射または伝播の方位が、上記(ア)(イ)
の時、電場について、 (つ)結晶ac面内に電場ベクトル成分を持つ電場を印
加すると大きな一次電気光学効果を得ることができ好ま
しい、 (1)X方位に大きな電場ベクトル成分を持つ電場を印
加すると最も好ましい、 ことが予想された。
Also, if the direction of incidence or propagation of light is
When , regarding the electric field, (1) Applying an electric field with a large electric field vector component in the ac plane of the crystal is preferable because a large first-order electro-optic effect can be obtained. (1) Applying an electric field with a large electric field vector component in the X direction. The most favorable result was expected.

本発明者らは、以下に示すように、メーカフリンジ法(
Electron、 Left、 Vol、23. N
o、11. 595(1987)に詳しい)によるSH
G強度、光変調器における電場方位依存性の測定から2
次非線形感受率の大きさ、異方性、結晶構造との関係を
把握し、上記予想を実証し、2次非線形光学素子の持つ
べき実質的に光学的に平滑な面の方位などの素子設計を
具体化し、本発明に至った。
The present inventors have developed the Maker fringe method (
Electron, Left, Vol, 23. N
o, 11. 595 (1987)) by SH
From measurement of G intensity and electric field orientation dependence in optical modulators 2
Understand the relationship between the magnitude of second-order nonlinear susceptibility, anisotropy, and crystal structure, verify the above predictions, and design elements such as the orientation of a substantially optically smooth surface that a second-order nonlinear optical element should have. This has led to the present invention.

本発明では、SHG強度測定で、最大の2次非線形感受
率を有するχ(2)1.において、従来最大のχ(2)
1.を持つMNA結晶の約3倍である、約3゜9 X 
10”” esuを得た。この値は、一定の入射光密度
において単位長さ当りMNBAEtを用いたSHG素子
はMNAを用いた5)IG素子の実に約11倍の波長変
換能力があることを意味する。また、同様にLNと比較
すると、約560倍と桁はずれの波長変換能力があるこ
とになる。
In the present invention, in SHG intensity measurement, χ(2)1. , the conventional maximum χ(2)
1. Approximately 3°9X, which is approximately three times that of MNA crystals with
I got 10”” esu. This value means that at a constant incident light density, the SHG element using MNBAEt has a wavelength conversion ability of about 11 times that of the 5) IG element using MNA per unit length. Similarly, when compared with LN, it has an extraordinary wavelength conversion ability of about 560 times.

従って、ある一定の波長変換効率のSHG素子を構成す
る場合には、MNBAEt結晶を用いると、低出力光源
化、コンパクト化できる。
Therefore, when constructing an SHG element with a certain wavelength conversion efficiency, use of the MNBAEt crystal allows a low-output light source and a compact design.

また、光変調器を構成して、−次電気光学効果の性能指
数Ink3rt□−n33r31+/2を求めたところ
、従来、最大の性能指数を有するMNA結晶の約2.3
倍である、約700pm/Vという極めて大きな値を得
た。これをLN結晶の120pm/Vに比較すると約6
倍という大きな値であった。
Furthermore, when an optical modulator was constructed and the figure of merit Ink3rt□-n33r31+/2 of the -order electro-optic effect was determined, it was found that the MNA crystal, which has the conventional maximum figure of merit, is about 2.3
We obtained an extremely large value of about 700 pm/V, which is twice as large. Comparing this to 120pm/V for LN crystal, it is approximately 6
It was a huge value.

従って、MNBAEt結晶を用いると、コンパクト化、
低駆動電圧化された高性能の電気光学素子が構成できる
Therefore, when using MNBAEt crystal, compactness,
A high-performance electro-optical element with low driving voltage can be constructed.

(ア)、(イ)で述べた方位に電気振動ベクトル成分を
持つ光を入射または伝播させる実質的に光学的に平滑な
面を、特定の構造のMNBAEt結晶に付与し、2次非
線形光学素子とすると従来にない大きな非線形光学効果
を発現する極めて有用なものとなる。
A substantially optically smooth surface that allows light having an electric vibration vector component to enter or propagate in the directions described in (a) and (b) is provided to an MNBAEt crystal with a specific structure, and a second-order nonlinear optical element is created. If this is the case, it will be an extremely useful device that exhibits a large nonlinear optical effect that has never been seen before.

このような実質的に光学的に平滑な面は、溶液成長によ
る自然成長面を利用しても良いが、光学的に平滑なガラ
スなどの基板間(鋳型内)での溶液法、溶融法による結
晶成長によって得ることができる成長面、あるいはまた
、切削、襞間、研磨など結晶の後加工によって設けられ
る面であっても良い。
Such a substantially optically smooth surface may be obtained by using a naturally grown surface by solution growth, but it may also be obtained by a solution method or a melting method between optically smooth substrates such as glass (inside a mold). It may be a growth surface that can be obtained by crystal growth, or it may be a surface that is provided by post-processing of the crystal, such as cutting, creasing, or polishing.

ここで実質的に光学的に平滑な面とは低散乱性の面であ
って、平面、曲面、さらに特殊な場合には規則的な凹凸
を有するグレーティング状のものでも良い。即ち、低損
失の光の入射、伝播、あるいは反射、出射を可能とする
面であればいかなる面であっても良い。
Here, the substantially optically smooth surface is a low-scattering surface, and may be a flat surface, a curved surface, or, in special cases, a grating-like surface having regular irregularities. That is, any surface may be used as long as it allows light to enter, propagate, reflect, or emit light with low loss.

自然成長面である(010)面(最も広い面)は(ア)
、(イ)で述べた条件を満たす実質的に光学的に平滑な
面として好ましい。
The (010) plane (the widest plane) which is the natural growth plane is (a)
, is preferable as a substantially optically smooth surface that satisfies the conditions described in (a).

また、第2図に示したように基板間で溶液成長させると
、(010)面を実質的に光学的に平滑な面として持つ
薄膜単結晶が得られ、これはTEモードで光を導波する
とき機能する方式の素子を構成する場合、特に有用であ
る。
Furthermore, as shown in Figure 2, when grown in solution between substrates, a thin film single crystal with the (010) plane as a substantially optically smooth surface is obtained, which guides light in the TE mode. This is particularly useful when constructing devices that function when

(つ)、(1)で述べた方位に電場ベクトル成分を持つ
電場を印加する少なくとも1組の電極を付加した構成の
2次非線形光学素子は、電気光学素子として極めて有用
である。
(1) A secondary nonlinear optical element configured to include at least one set of electrodes for applying an electric field having an electric field vector component in the direction described in (1) is extremely useful as an electro-optical element.

この場合、電極を設ける面として(010)面を用いて
も良い。実施例3はこの例であり、基板間での溶液成長
で得られる薄膜単結晶の(010)面または(0−10
)面上に少なくとも一組の電極を設けた構成の素子の好
ましい実施態様の−っである。この場合は、TE導波モ
ードで効果が大きく発現するので、更に加工して、3次
元導波路型(チャネル型)電気光学素子とすることが望
ましい。
In this case, the (010) plane may be used as the plane on which the electrode is provided. Example 3 is an example of this, in which the (010) plane or (0-10) thin film single crystal obtained by solution growth between substrates is
) is a preferred embodiment of the device having at least one set of electrodes on the surface. In this case, since the effect is greatly expressed in the TE waveguide mode, it is desirable to further process the material into a three-dimensional waveguide type (channel type) electro-optical element.

実施例4のSHG素子の構成例では、(010)面上に
設けられた五酸化タンタル(tatos )のパッシブ
導波路内に、YAGレーザ光(1064nm)をTEモ
ードで導波、すなわち、結晶す軸に垂直な面内に電気振
動ベクトル成分が存在するよう入射すると、結晶側にS
HG光(532nm )が出射した。
In the configuration example of the SHG element of Example 4, YAG laser light (1064 nm) is guided in the TE mode in a tantalum pentoxide (tatos) passive waveguide provided on the (010) plane, that is, crystalline When the electric vibration vector component is incident in a plane perpendicular to the axis, S
HG light (532 nm) was emitted.

この例では、実質的に光学的に平滑な面は、パッシブ導
波路と接する(010)面であり、導波路から結晶へ滲
みだす結晶す軸に垂直な面内に電気振動ベクトルを持つ
エバネセント波によってこの素子は機能する。従って、
ただ1つの実質的に光学的に平滑な面を有する素子の例
である。
In this example, the substantially optically smooth surface is the (010) plane in contact with the passive waveguide, and an evanescent wave with an electrical oscillation vector in a plane perpendicular to the crystal axis bleeds from the waveguide into the crystal. This element functions as follows. Therefore,
An example of an element having only one substantially optically smooth surface.

以上説明したように、本発明の特定の構造を有するMN
BAEt結晶に、大きな非線形光学効果を発現し得る素
子構造を付与すると従来になく高性能な2次非線形光学
素子が構成でき、産業上、極めて有用である。
As explained above, MN having the specific structure of the present invention
When a BAEt crystal is provided with an element structure capable of producing a large nonlinear optical effect, a second-order nonlinear optical element with higher performance than ever before can be constructed, which is extremely useful industrially.

なお、特定の構造のMNBAEt結晶の成長方法は前述
した方法に限定されることはない。また、特定の構造の
MNBAEt結晶からなり、少なくとも1つの実質的に
光学的に平滑な面を有する2次非線形光学素子は、上述
した素子に限定されることはない。種々の素子が構成可
能である。さらに、ここで言う素子とは、結晶単独で構
成されていても、電極、保護膜、導波層、無反射コーテ
ィング層などを有していても、ガラス以外の基板上で構
成されていても、また、全体から見て部分であっても良
い。要は、特定の構造のMNBAEt結晶からなり、少
なくとも1つの実質的に光学的に平滑な面を有すれば、
それは非線形光学素子として機能が可能であり、本発明
の範囲である。
Note that the method for growing the MNBAEt crystal with a specific structure is not limited to the method described above. Further, the second-order nonlinear optical element made of MNBAEt crystal with a specific structure and having at least one substantially optically smooth surface is not limited to the above-mentioned element. Various elements can be configured. Furthermore, the element referred to here may be composed of a single crystal, or may have electrodes, a protective film, a waveguide layer, an anti-reflection coating layer, etc., or may be constructed on a substrate other than glass. , or may be a part of the whole. In short, if it is made of MNBAEt crystal with a specific structure and has at least one substantially optically smooth surface,
It is capable of functioning as a nonlinear optical element and is within the scope of the present invention.

以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが
、本発明の効力はそれら実施例によって何らの制限を受
けるものではない。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the effectiveness of the present invention is not limited in any way by these Examples.

[実施例] 実施例 1 (i)4−−ニトロベンジリデン−3−エチルカルボニ
ルアミノ−4−メトキシアニリン(MNBAEt)の合
成、精製、および物性、安定性の評価。
[Examples] Example 1 (i) Synthesis, purification, and evaluation of physical properties and stability of 4-nitrobenzylidene-3-ethylcarbonylamino-4-methoxyaniline (MNBAEt).

MNBAEtを下記の経路(合成1〜合成3)により合
成した。
MNBAEt was synthesized by the following route (Synthesis 1 to Synthesis 3).

(合成 1) 還流冷却器、窒素導入管および滴下ロートを備えた3 
00 m lの三ツロフラスコに、約100m1の1,
2−ジクロロエタンと8.40g (5Qmmol)の
2−アミノ−4−ニトロアニソールおよび1.2mlの
ピリジンを入れ、窒素雰囲気下、室温で約10分間マグ
ネチックスターラーによって撹拌した。
(Synthesis 1) 3 equipped with a reflux condenser, nitrogen inlet pipe and dropping funnel
Into a 00 ml Mitsuro flask, add about 100 ml of 1,
2-dichloroethane, 8.40 g (5 Q mmol) of 2-amino-4-nitroanisole, and 1.2 ml of pyridine were added, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer at room temperature for about 10 minutes under a nitrogen atmosphere.

上記溶液を氷水にて冷却し、これに、約100m1の1
,2−ジクロロエタンに4.63g (50mmo l
)のクロロアセチルクロリドを溶解した溶液を滴下ロー
トを用いて約15分間で加えた。
The above solution was cooled with ice water, and about 100 ml of 1
, 4.63 g (50 mmol
) of chloroacetyl chloride was added using a dropping funnel over about 15 minutes.

始め橙色であった反応液は、すぐに薄黄色に変化した。The reaction solution, which was initially orange, immediately turned pale yellow.

反応液の温度を室温、さらに約50℃まで上げ、約5時
間撹拌を続けた。
The temperature of the reaction solution was raised to room temperature and further to about 50° C., and stirring was continued for about 5 hours.

反応の終了を薄層クロマトグラフィで確認した後、反応
溶液を分液ロートに移し、これに約150mm1のクロ
ロホルムを加え、析出結晶を完全に溶解し、約1規定の
希塩酸で良く洗浄し、無水硫酸ナトリウムにて乾燥し、
その後ロータリーエバポレータを用いて溶媒を留去する
と薄黄色の粗結晶が得られたのでこれを真空加熱乾燥し
た。目的物を10.26g(収率 91.5%)得るこ
とができた。
After confirming the completion of the reaction by thin layer chromatography, the reaction solution was transferred to a separating funnel, and about 150 mm1 of chloroform was added thereto to completely dissolve the precipitated crystals, washed thoroughly with about 1 N diluted hydrochloric acid, and then diluted with anhydrous sulfuric acid. Dry with sodium,
Thereafter, the solvent was distilled off using a rotary evaporator to obtain pale yellow crude crystals, which were dried under vacuum heat. 10.26g (yield 91.5%) of the target product could be obtained.

(合成 2) 20.2g (90mmol)の塩化第一すず・二水和
物を約30ccの濃塩酸に溶かした後、激しくかきまぜ
ながら6.73g (30mmo l)の4−ニトロ−
2−エチルカルボニルアミノアニソールを加え、室温で
攪拌した。
(Synthesis 2) After dissolving 20.2 g (90 mmol) of stannous chloride dihydrate in about 30 cc of concentrated hydrochloric acid, 6.73 g (30 mmol) of 4-nitro-
2-Ethylcarbonylaminoanisole was added and stirred at room temperature.

黄色の反応溶液は、発熱と共に薄桃色に変化した。The yellow reaction solution turned pale pink as it generated heat.

約2時間後、薄桃色の反応溶液を濾過し、冷水で洗浄す
ると白色の粗結晶が得られたので、これを真空乾燥した
。目的物が2.48g(収率 35.8%)得られた。
After about 2 hours, the pale pink reaction solution was filtered and washed with cold water to obtain white crude crystals, which were vacuum dried. 2.48g (yield 35.8%) of the target product was obtained.

(合成 3) 還流冷却器、マグネチックスターラーを備えた200m
1の三ツロフラスコに2..31g(10mmol)の
3−エチルカルボニルアミノ−4−メトキシアニリン塩
酸塩と1.56g (10mmo 、1 )のp−ニト
ロベンズアルデヒドを入れ、約60m1のエタノール/
水(2: 1)を反応溶媒とし、室温で約10分間攪拌
した。
(Synthesis 3) 200m equipped with reflux condenser and magnetic stirrer
1. 2. .. Add 31 g (10 mmol) of 3-ethylcarbonylamino-4-methoxyaniline hydrochloride and 1.56 g (10 mmol, 1) of p-nitrobenzaldehyde, and add about 60 ml of ethanol/
Water (2:1) was used as a reaction solvent, and the mixture was stirred at room temperature for about 10 minutes.

次に、水酸化ナトリウム水溶液を徐々に加え、pH6〜
7にしていくと、反応溶液は黄褐色に変化した。その後
、約3時間、室温で攪拌を続けた。
Next, gradually add sodium hydroxide aqueous solution to pH 6~
7, the reaction solution turned yellowish brown. Stirring was then continued at room temperature for about 3 hours.

クロロホルムを展開溶媒とした薄層クロマトグラフで反
応の終了を確認した後、攪拌を止めた。
After confirming completion of the reaction by thin layer chromatography using chloroform as a developing solvent, stirring was stopped.

析出した粗生成物はろ集し、冷エタノールで洗浄した。The precipitated crude product was collected by filtration and washed with cold ethanol.

ここで得た黄茶色の粗生成物をアセトンに溶かし、不溶
物を除去した後、溶媒をロータリーエバポレータにて除
くと黄橙色の粗結晶が得られた。
The yellow-brown crude product obtained here was dissolved in acetone, insoluble materials were removed, and the solvent was removed using a rotary evaporator to obtain yellow-orange crude crystals.

粗結晶をクロロホルム/ベンゼン(1/3)の混合溶媒
で再結晶すると黄色の結晶が得られたので、これをろ集
し、真空乾燥した。目的物は2゜0.8g(収率63.
5%)得られた。
When the crude crystals were recrystallized with a mixed solvent of chloroform/benzene (1/3), yellow crystals were obtained, which were collected by filtration and dried under vacuum. The target product was 2°0.8g (yield 63.
5%) was obtained.

MNBAEtを各種溶媒を用いた溶液法、並びに溶融法
あるいは気相法により結晶成長させ、粉砕し、100μ
m程度の粒径のものをSHG粉末法(J、Appl、P
b7s、、  39. 3798(1966))試料と
した。
Crystals of MNBAEt are grown by a solution method using various solvents, a melting method, or a gas phase method, and the crystals are pulverized to a size of 100μ.
Particles with a particle size of about m are processed using the SHG powder method (J, Appl, P
b7s,, 39. 3798 (1966)) sample.

測定に用いた光源は、Nd:YAGレーザ−(波長1.
06μm)で、照射条件はパルス幅200ns、繰返し
10Hz、ピークパワー密度約30MW/alで行った
。5)(G相対強度(ウレア比)を表1に示す。
The light source used for the measurement was a Nd:YAG laser (wavelength 1.
06 μm), and the irradiation conditions were a pulse width of 200 ns, a repetition rate of 10 Hz, and a peak power density of about 30 MW/al. 5) (G relative strength (urea ratio) is shown in Table 1.

結果より明らかなように、MNBAEtには結晶多形(
ポリモルフイズム)はない。すなわち、結晶成長方法に
よらず安定して同一の構造の結晶を成長させることがで
きる。
As is clear from the results, MNBAEt has crystal polymorphism (
There is no polymorphism. That is, crystals with the same structure can be stably grown regardless of the crystal growth method.

次に、MNBAEt結晶の物性、安定性を調べた。Next, the physical properties and stability of the MNBAEt crystal were investigated.

融点は約169℃であった。The melting point was approximately 169°C.

比較的大形に成長した黄色の角状結晶(5×4X3mm
3)を室温でガラス製試料管に入れ、一方は密栓し、ま
たもう一方は開放のまま、放置した。
Yellow angular crystals (5 x 4 x 3 mm) that have grown into relatively large sizes.
3) was placed in a glass sample tube at room temperature, one end was tightly capped, and the other end was left open.

30日経過しても、両者とも重量変化はなく、また、密
栓した方のガラス壁が着色するということもなかった。
Even after 30 days had passed, there was no change in weight in either case, and the glass wall of the sealed one did not become discolored.

従って、室温でこの結晶は昇華性がないことがわかった
。放置後の結晶を粉砕し、粉末法でSHG強度を調べた
が測定値は放置前と変わらなかった。従って、室温でこ
の結晶は光非線形性から見ても安定であることがわかっ
た。
Therefore, it was found that this crystal has no sublimation property at room temperature. The crystals after standing were crushed and the SHG strength was examined using a powder method, but the measured values were the same as before standing. Therefore, this crystal was found to be stable at room temperature in terms of optical nonlinearity.

室温で行った上述の昇華性、光非線形性の安定性のチエ
ツクを、80℃で行った。重量、粉末法SHG強度とも
変化なく、80℃においてもこの結晶は安定であること
がわかった。
The above-mentioned sublimation and optical nonlinearity stability checks performed at room temperature were performed at 80°C. There was no change in weight or powder method SHG strength, and it was found that this crystal was stable even at 80°C.

重量した結晶を真空アンプル管に入れ、真空ラインに接
続し排気を続け、室温、約10−’ Torrの圧力下
における昇華性を調べた。24 h後、結晶の重量変化
はなく、室温、高真空下でも昇華性はないことがわかっ
た。
The weighed crystals were placed in a vacuum ampoule tube, connected to a vacuum line, continued to be evacuated, and the sublimation property was examined at room temperature and under a pressure of about 10-' Torr. After 24 hours, there was no change in the weight of the crystal, and it was found that there was no sublimation property even at room temperature and under high vacuum.

結晶と水をガラス製試料管に入れ、密栓し、室温で放置
した。30日経過しても水は着色せず、この結晶は水に
対して全く溶解性がないことがわかった。
The crystals and water were placed in a glass sample tube, sealed tightly, and left at room temperature. The water did not become colored even after 30 days, indicating that the crystals had no solubility in water.

(ii)  MNBAE を結晶のX線構造解析および
光学的性質。
(ii) X-ray structural analysis and optical properties of MNBAE crystals.

2次非線形光学媒質として有用なMNBAEt結晶の構
造解析を行い、その構造を特定した。
We analyzed the structure of MNBAEt crystal, which is useful as a secondary nonlinear optical medium, and identified its structure.

単結晶試料は、前記(1)において得られた結晶の中で
、アセトン溶液からスローエバポレーションにより黄色
角状晶として得られたもの(0,450xO,450X
o、370 mm’ )を用いた。
Among the crystals obtained in (1) above, the single crystal sample was obtained as a yellow angular crystal by slow evaporation from an acetone solution (0,450xO,450x
o, 370 mm') was used.

測定は、理学AFC6R回折計を用いて、MoKa線(
λ= 1.71069人)で行った。
The measurement was carried out using a Rigaku AFC6R diffractometer using the MoKa line (
λ = 1.71069 people).

結果を表2と第1図aおよび第1図すに示す。The results are shown in Table 2 and Figures 1a and 1s.

第1図中、OA、OB、QCは、単位格子を表し、それ
ぞれ結晶軸a、  b、  cに対応する。
In FIG. 1, OA, OB, and QC represent unit cells and correspond to crystal axes a, b, and c, respectively.

単斜晶結晶は、結晶光学的には光学的二軸性結晶と呼ば
れるものに属し、一般に3つの主屈折率の値は全て相異
なることが知られ、本実施例においても確認された。
A monoclinic crystal belongs to what is called an optically biaxial crystal in terms of crystal optics, and it is generally known that all three principal refractive index values are different, and this was also confirmed in this example.

プリズム状品の平板面の垂直方位からコノスコープによ
る干渉像を観測した結果、そのうち1つの主屈折率の方
位(光学弾性軸)はb軸方位にあることが判明した。従
って、他の2つの光学弾性軸はac面内にある。
As a result of observing an interference image using a conoscope from a direction perpendicular to the flat plate surface of the prism-shaped article, it was found that one of the principal refractive index directions (optical elastic axis) was in the b-axis direction. Therefore, the other two optoelastic axes are in the ac plane.

2次非線形光学媒質として有用なMNBAEt結晶を、
以上示した構造と光学的性質を持つものと特定した。
MNBAEt crystal useful as a secondary nonlinear optical medium,
It was identified as having the structure and optical properties shown above.

(i)メーカフリンジ法による2次非線形感受率(χ′
り)の測定。
(i) Second-order nonlinear susceptibility (χ′
measurement).

この特定の構造のMNBAEt結晶の2次非線形光学効
果の大きさとその異方性を、YAGレーザ(1064n
m)による平板状単結晶を用いたメーカフリンジ法(1
!1ectton、 Le目、、  23(11)、5
95(1987))と呼ばれるSHG強度の方位依存性
測定により調べた。
The magnitude of the second-order nonlinear optical effect and its anisotropy of the MNBAEt crystal with this specific structure were determined using a YAG laser (1064n
Maker fringe method (1) using a tabular single crystal according to m)
! 1ectton, Le order, 23(11), 5
95 (1987)) by measuring the orientation dependence of SHG intensity.

角状結晶のへき開により得た約100μmの厚さの(0
10)面が最も広いMNBAEt平板状単結晶をゴニオ
メータにセットし、(010)面へ入射する直線偏光レ
ーザ光(YAGレーザ、101064nの軸回りの回転
角θと(010)面に対するレーザ光入射角φに対する
観測SHG強度の関係を求めた。
About 100 μm thick (0
10) Set the MNBAEt flat single crystal with the widest plane on a goniometer, and measure the rotation angle θ around the axis of linearly polarized laser light (YAG laser, 101064n) incident on the (010) plane and the laser beam incidence angle on the (010) plane. The relationship between observed SHG intensity and φ was determined.

θ依存性は周期πの、近似的にはcos2θ関数、φ依
存性はいわゆるフリンジパターンとなった。
The θ dependence was approximately a cos2θ function with a period of π, and the φ dependence was a so-called fringe pattern.

(010)面内のX軸方位に入射光の電気振動ベクトル
(偏波面)を一致させた時、最大の非線形感受率(χ(
2) 、 、 )の値を算出した。
When the electric vibration vector (polarization plane) of the incident light is made to match the X-axis direction in the (010) plane, the maximum nonlinear susceptibility (χ(
2) The values of , , ) were calculated.

このχ(2)1.の値は、従来材料最大の非線形感受率
を持つMNA結晶のχ(2)11の約3倍であり、MN
A結晶の値を1.2X10”” esuとし、MNBA
Et結晶のX軸方位の基本波と第2高調波における主屈
折率の値として夫々1.7および2.6を用いると約3
.9X10−6esuという極めて大きな値となった。
This χ(2)1. The value of
The value of A crystal is 1.2X10"" esu, MNBA
Using 1.7 and 2.6 as the principal refractive index values for the fundamental wave and second harmonic in the X-axis direction of the Et crystal, approximately 3
.. The result was an extremely large value of 9X10-6esu.

表1.MNBkEt結晶のSHG相対強度表2.特定の
構造のMNBAEt結晶 にのに戦した。
Table 1. SHG relative intensity of MNBkEt crystal Table 2. We have developed an MNBAEt crystal with a specific structure.

実施例2 光学的に平滑な(010)面を有するMNBAEt薄膜
単結晶の作製。
Example 2 Preparation of MNBAEt thin film single crystal having an optically smooth (010) plane.

MNBAEtのN、 N−ジメチルホルムアミド溶液(
約9wt%)を調製し、これを光学研磨された2枚のガ
ラス基板間に挟み、53℃の恒温槽中に放置した。約1
0日するとスローエバポレーションにより、最大で20
mmX4mmx5μmの薄膜単結晶が成長した。
N,N-dimethylformamide solution of MNBAEt (
(approximately 9 wt%) was prepared, sandwiched between two optically polished glass substrates, and left in a constant temperature bath at 53°C. Approximately 1
On day 0, due to slow evaporation, up to 20
A thin film single crystal measuring mm×4 mm×5 μm was grown.

X線回折パターンの解析によれば、ガラス基板に平行に
成長した平滑な面は(010)面であった。結晶のモル
ホロジーを第2図に示す。
According to analysis of the X-ray diffraction pattern, the smooth plane grown parallel to the glass substrate was a (010) plane. The morphology of the crystal is shown in Figure 2.

なお、コノスコープによって干渉像を観察して、光学弾
性軸の一つがガラス基板に平行な面に垂直であることを
確認した。
Note that by observing the interference image using a conoscope, it was confirmed that one of the optical elastic axes was perpendicular to a plane parallel to the glass substrate.

次に、片側のガラス基板を剥離し、平滑な(010)面
を露出させた。ガラス基板を片面に有するMNBAEt
薄膜単結晶はこのままでも2次元導波路型非線形光学素
子として使用可能である。
Next, one side of the glass substrate was peeled off to expose the smooth (010) surface. MNBAET with glass substrate on one side
The thin film single crystal can be used as it is as a two-dimensional waveguide type nonlinear optical element.

He−Neレーザ光の直線偏光をTEモードで導波させ
た。この場合、導波に対して実質的に光学的に平滑な面
は、(010)および(0−10)面である。良好な導
波状態から、MNBAEtの最大の非線形光学係数を有
効に利用し得るものであることが確認できた。
Linearly polarized He-Ne laser light was guided in TE mode. In this case, the substantially optically smooth surfaces for waveguiding are the (010) and (0-10) surfaces. It was confirmed that the maximum nonlinear optical coefficient of MNBAEt could be effectively utilized due to the good waveguiding state.

実施例3 電気光学素子を用いた光変調器の作製および一次電気光
学効果の測定 実施例2で得たMNBAEt薄膜単結晶(10mmx3
mmX5μm)の(010)面(あるいはその裏面(0
−10)面、この2面は等価である)を実質的に光学的
に平滑な面として用いた電気光学素子で光変調器を構成
し、−次電気光学効果の大きさと電場方位依存性を調べ
た。
Example 3 Fabrication of optical modulator using electro-optic element and measurement of first-order electro-optic effect MNBAEt thin film single crystal (10 mm x 3
(010) side (or its back side (0
An optical modulator is constructed with an electro-optic element using a substantially optically smooth surface (-10) plane (these two planes are equivalent), and the magnitude of the -order electro-optic effect and the electric field orientation dependence are Examined.

光変調器の構成を第3図aに示す。The configuration of the optical modulator is shown in FIG. 3a.

MNBAEt薄膜単結晶31を平滑な(O−10)面で
ガラス基板32に接着し、別に蒸着とバターニングによ
ってガラス基板33上に形成したアルミニウム平行電極
34(厚さ約2000人、電極間距離5μm1電極幅1
mm、長さ40mm)を(010)面に押付けて電気光
学素子3とした。
An MNBAEt thin film single crystal 31 was bonded to a glass substrate 32 with a smooth (O-10) surface, and aluminum parallel electrodes 34 (thickness approximately 2000 mm, distance between electrodes 5 μm 1 Electrode width 1
mm, length 40 mm) was pressed onto the (010) plane to obtain an electro-optical element 3.

偏光子を通したHe−Neレーザ光(633nm)の直
線偏光を(010)面方向からaC面に電気振動ベクト
ルが一致するように素子へ入射させ、ソレイユバビネの
補償板35を通して固有複屈折による効果を解消させ、
偏光子38と直交する検光子39を通して出てくる出力
光の強度をフォト・ディテクター36で検出した。平行
電極34にはファンクション・ジェネレータ37によっ
て1QkHzのサイン波電圧を印加した。第3図すにオ
シロスコープに描かせたシグナルとサイン波電圧の関係
の例を示す。
Linearly polarized He-Ne laser light (633 nm) that has passed through a polarizer is incident on the element from the (010) plane direction so that the electric vibration vector matches the aC plane, and is passed through the Soleil Babinet compensator 35 to generate polarized light due to inherent birefringence. eliminate the effect,
The intensity of the output light coming out through the analyzer 39 orthogonal to the polarizer 38 was detected by the photodetector 36. A sine wave voltage of 1QkHz was applied to the parallel electrodes 34 by a function generator 37. Figure 3 shows an example of the relationship between a signal drawn on an oscilloscope and a sine wave voltage.

平行電極34の設けられたガラス基板33を(010)
面上、電場をX軸方位に一致する方位から15°づつ回
転させ、−次電気光学効果の大きさの電場方位依存性を
測定した。電場方位がX軸方位に一致する時、最大の一
次電気光学効果が得られた。
The glass substrate 33 provided with the parallel electrodes 34 is (010)
On the plane, the electric field was rotated by 15 degrees from the direction corresponding to the X-axis direction, and the dependence of the magnitude of the -order electro-optic effect on the electric field direction was measured. The maximum first-order electro-optic effect was obtained when the electric field orientation coincided with the X-axis orientation.

従来技術の項で示した式(1)、■、(3)の関係を用
いて性能指数1 n+ ’ rxt−ns 3r3□l
/2を求めた。LN結晶に比較すると約6倍、MNA結
晶(n l3r11/2)の約2.3倍、LN結晶の性
能指数を120pm/Vとすると、約700pm / 
Vという極めて大きな値であるという結果を得た。
Using the relationships of equations (1), ■, and (3) shown in the prior art section, the figure of merit 1 n+ 'rxt-ns 3r3□l
/2 was calculated. Approximately 6 times that of LN crystal, approximately 2.3 times that of MNA crystal (n l3r11/2), and approximately 700 pm/V when the figure of merit of LN crystal is 120 pm/V.
The result was an extremely large value of V.

実施例4 本発明の特定の構造を有するMNBAEt平板状単結晶
を用いたSHG素子の構成例を示す。
Example 4 An example of the configuration of an SHG element using a flat MNBAEt single crystal having a specific structure of the present invention will be shown.

5t(G素子の構成を第4図に示す。MNBAEt平板
状単結晶41の(010)面上に五酸化タンタル(Ta
2(1g )を約8000〜9000Aの厚さで蒸着し
、パッシブ平面導波路42とした。この構成においては
、YAGレーザ光(1064nm)波長では五酸化タン
タルの屈折率が、第2高調波波長ではMNBAEt平板
状単結晶の屈折率が高い。
The structure of the 5t (G element is shown in FIG. 4. Tantalum pentoxide (Ta
2 (1 g) was deposited to a thickness of approximately 8000 to 9000 Å to form a passive planar waveguide 42. In this configuration, the refractive index of tantalum pentoxide is high at the YAG laser beam (1064 nm) wavelength, and the refractive index of the MNBAEt tabular single crystal is high at the second harmonic wavelength.

このパッシブ平面導波路42に、YAGレーザの直線偏
光をその偏波面が(010)面と平行になるよう入射し
た。すなわち、TEモードで導波させた。入射YAGレ
ーザ光密度は、約IMW/dであった。
Linearly polarized light from a YAG laser was incident on this passive planar waveguide 42 such that its plane of polarization was parallel to the (010) plane. That is, the wave was guided in TE mode. The incident YAG laser light density was approximately IMW/d.

MNBAEt結晶側に緑色のSHG光が出射するのを確
認できた。最大強度のSHG光はYAGレーザ光の電気
振動ベクトルがX軸と一致する時に観測された。
It was confirmed that green SHG light was emitted from the MNBAEt crystal side. The SHG light with the maximum intensity was observed when the electric vibration vector of the YAG laser light coincided with the X axis.

[発明の効果] 本発明によれば、従来にない大きな波長変換効果や一次
電気光学効果などの2次非線形光学効果を持ち、安定性
、加工性にも問題のない特定の結晶構造を有する4′−
ニトロベンジリデン−3−エチルカルボニルアミノ−4
−メトキシアニリン結晶を応用して、SHG素子などの
波長変換素子、光スィッチや光変調器などの電気光学素
子などとして好適に用いられる極めて高性能の2次非線
形光学素子を提供することができ、光情報処理や光通信
の分野においてこれを大いに活用できる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, the crystal structure 4 has an unprecedented large wavelength conversion effect, a second-order nonlinear optical effect such as a first-order electro-optic effect, and has a specific crystal structure without problems in stability and workability. ′−
Nitrobenzylidene-3-ethylcarbonylamino-4
- By applying methoxyaniline crystals, it is possible to provide extremely high-performance secondary nonlinear optical elements that are suitably used as wavelength conversion elements such as SHG elements, electro-optical elements such as optical switches and optical modulators, This can be greatly utilized in the fields of optical information processing and optical communications.

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

第1図は、MNBAEt結晶の構造を示す図面である。 第2図は、平滑な(010)面を持つMNBAEt薄膜
単結晶のモルホロジーを示す図面である。 第3図aはMNBAEt薄膜単結晶からなる電気光学素
子を用いた光変調器の構成を示す図面である。 第3図すはオシロスコープに描かせた印加電圧と出力光
強度に対応するフォト・ディテクターの検知出力電圧の
関係を示す図面である。 第4図は、SHG素子の構成を示す図面である。 第5図は、従来例であるLN結晶を用いたチェレンコフ
型SHG素子の構成を示す図面である。 第6図は、従来例であるLN結晶を用いた分岐干渉型光
変調器の構成を示す図面である。 第7図は、−次電気光学効果を応用する電気光学素子の
動作原理を説明する図である。 3 : 31 : 32゜ 34 : 35 : 36 = 電気光学素子、 MNBAEt薄膜単結晶、 33ニガラス基板、 アルミニウム平行電極、 ソレイユバビネの補償板、 フォト・ディテクター 7 41 2 1 2 5 1 4 1 3 ファンクション・ジェネレータ MNBAEt平板状単結晶、 パッシブ平面導波路、 プロトン交換導波路 チェレンコフ型SHG素子 第2高調波 入力光、    62,63:導波光、出力光、 電気光学素子、 72:偏光子、 検光子、    ?4.75:電極、
FIG. 1 is a diagram showing the structure of MNBAEt crystal. FIG. 2 is a drawing showing the morphology of an MNBAEt thin film single crystal with a smooth (010) plane. FIG. 3a is a drawing showing the structure of an optical modulator using an electro-optical element made of MNBAEt thin film single crystal. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the applied voltage drawn on the oscilloscope and the detected output voltage of the photodetector corresponding to the output light intensity. FIG. 4 is a drawing showing the configuration of the SHG element. FIG. 5 is a drawing showing the configuration of a conventional Cerenkov type SHG element using an LN crystal. FIG. 6 is a drawing showing the configuration of a conventional branching interference type optical modulator using an LN crystal. FIG. 7 is a diagram illustrating the operating principle of an electro-optical element that applies the -order electro-optic effect. 3: 31: 32゜34: 35: 36 = Electro-optical element, MNBAET thin film single crystal, 33 glass substrate, aluminum parallel electrode, Soleil Babinet compensation plate, photodetector 7 41 2 1 2 5 1 4 1 3 Function Generator MNBAET flat single crystal, passive planar waveguide, proton exchange waveguide Cerenkov type SHG element second harmonic input light, 62, 63: guided light, output light, electro-optical element, 72: polarizer, analyzer, ? 4.75: Electrode,

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)構造式(1)で表される4′−ニトロベンジリデ
ン−3−エチルカルボニルアミノ−4−メトキシアニリ
ンの、空間群Cc、点群#9に属する単斜晶系結晶から
なり、少なくとも1つの実質的に光学的に平滑な面を有
する2次非線形光学素子。 ▲数式、化学式、表等があります▼(1) (2)少なくとも1つの実質的に光学的に平滑な面が、
結晶ac面内に電気振動ベクトル成分を持つ光を入射ま
たは伝幡させる面である請求項(1)記載の2次非線形
光学素子。(3)少なくとも1つの実質的に光学的に平
滑な面が、結晶ac面内にある最大吸収の軸方位に大き
な電気振動ベクトル成分を持つ光を入射または伝幡させ
る面である請求項2記載の2次非線形光学素子。 (4)少なくとも1つの実質的に光学的に平滑な面が、
結晶の(010)面である請求項(1)記載の2次非線
形光学素子。 (5)結晶ac面内に電場ベクトル成分を持つ電場を印
加する、少なくとも1組の電極を有する請求項(1)記
載の2次非線形光学素子。 (6)結晶ac面内にある最大吸収の軸方位に大きな電
場ベクトル成分を持つ電場を印加する、少なくとも1組
の電極を有する請求項(5)記載の2次非線形光学素子
。 (7)結晶の実質的に光学的に平滑な(010)面上に
、少なくとも1組の電極を有する請求項(4)記載の2
次非線形光学素子。
[Scope of Claims] (1) Monoclinic system belonging to space group Cc, point group #9 of 4'-nitrobenzylidene-3-ethylcarbonylamino-4-methoxyaniline represented by structural formula (1) A second-order nonlinear optical element consisting of a crystal and having at least one substantially optically smooth surface. ▲Mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼(1) (2) At least one substantially optically smooth surface is
2. The second-order nonlinear optical element according to claim 1, wherein the surface is a surface on which light having an electric vibration vector component enters or propagates within the crystal ac plane. (3) The at least one substantially optically smooth surface is a surface through which light having a large electric vibration vector component in the axial direction of maximum absorption in the ac plane of the crystal is incident or propagated. A second-order nonlinear optical element. (4) at least one substantially optically smooth surface,
The second-order nonlinear optical element according to claim 1, which is a (010) plane of a crystal. (5) The second-order nonlinear optical element according to claim (1), further comprising at least one set of electrodes for applying an electric field having an electric field vector component in the ac plane of the crystal. (6) The second-order nonlinear optical element according to claim (5), further comprising at least one set of electrodes for applying an electric field having a large electric field vector component in the axis direction of maximum absorption in the crystal ac plane. (7) 2 according to claim (4), wherein at least one set of electrodes is provided on the substantially optically smooth (010) plane of the crystal.
order nonlinear optical element.
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