JPH05158090A - 有機非線形光学材料 - Google Patents
有機非線形光学材料Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 第2高調波の波長領域における光透過性に優
れ、しかも、大きな2次の非線形光学効果を示す有機非
線形光学材料を提供する。 【構成】 下記一般式(I) で表される化合物からなる。 【化1】 〔式中X,Yは少なくとも一方が電子吸引性基を示し、
Z1 ,Z2 は、同一または異なって、カルコゲン原子、
または、下記一般式(II)で表される基を示し、 【化2】 R1 ,R2 ,R3 は、それぞれ、同一または異なって、
水素原子、または置換基を有していてもよいアルキル
基、アリール基を示す。〕
れ、しかも、大きな2次の非線形光学効果を示す有機非
線形光学材料を提供する。 【構成】 下記一般式(I) で表される化合物からなる。 【化1】 〔式中X,Yは少なくとも一方が電子吸引性基を示し、
Z1 ,Z2 は、同一または異なって、カルコゲン原子、
または、下記一般式(II)で表される基を示し、 【化2】 R1 ,R2 ,R3 は、それぞれ、同一または異なって、
水素原子、または置換基を有していてもよいアルキル
基、アリール基を示す。〕
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学効果を利用
する各種素子の製造に使用される、新規な有機非線形光
学材料に関し、より詳細には、上記非線形光学効果を利
用した光双安定素子等であって、特に、膜または層の配
列体または集合体が構成要素である素子に好適に用いら
れる、非線形光学材料に関するものである。
する各種素子の製造に使用される、新規な有機非線形光
学材料に関し、より詳細には、上記非線形光学効果を利
用した光双安定素子等であって、特に、膜または層の配
列体または集合体が構成要素である素子に好適に用いら
れる、非線形光学材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】非線形光
学効果とは、下記式(i) に示すように、結晶内部にかか
る電場によって誘起される分極Pが、2次以上の項を有
することによって生じる非線形性に伴って発現する光学
的効果である。 P=X(1) E+X(2) E・E+X(3) E・E・E+……X(n) En …(i) 〔但し、X(n) はn次の非線形感受率、Eは電場ベクト
ルを表す〕そして、上記非線形光学材料が示す2次の非
線形光学現象としては、第2高調波発生、光整流、光混
合、パラメトリック増幅およびポッケルス効果があり、
3次の非線形光学現象としては、第3高調波発生、光双
安定性、カー効果等がある。
学効果とは、下記式(i) に示すように、結晶内部にかか
る電場によって誘起される分極Pが、2次以上の項を有
することによって生じる非線形性に伴って発現する光学
的効果である。 P=X(1) E+X(2) E・E+X(3) E・E・E+……X(n) En …(i) 〔但し、X(n) はn次の非線形感受率、Eは電場ベクト
ルを表す〕そして、上記非線形光学材料が示す2次の非
線形光学現象としては、第2高調波発生、光整流、光混
合、パラメトリック増幅およびポッケルス効果があり、
3次の非線形光学現象としては、第3高調波発生、光双
安定性、カー効果等がある。
【0003】特に、光の電場の2乗に比例して起こる2
次の非線形光学効果は、それに基づく第2高調波発生素
子、和周波または差周波を利用した光波長変換素子、光
変調素子等の非線形光学素子として、オプトエレクトロ
ニクス分野の発展に寄与する素子への応用が可能である
ため、多くの注目を集めている。これらの素子を構成す
る材料としては、現在のところ、主としてKH2 PO4
等の無機材料が使用されている。しかし、これら無機材
料の非線形光学定数は小さく、それゆえ、素子の動作に
は極めて高い電圧、または、極めて強い光強度が必要で
あるという問題がある。
次の非線形光学効果は、それに基づく第2高調波発生素
子、和周波または差周波を利用した光波長変換素子、光
変調素子等の非線形光学素子として、オプトエレクトロ
ニクス分野の発展に寄与する素子への応用が可能である
ため、多くの注目を集めている。これらの素子を構成す
る材料としては、現在のところ、主としてKH2 PO4
等の無機材料が使用されている。しかし、これら無機材
料の非線形光学定数は小さく、それゆえ、素子の動作に
は極めて高い電圧、または、極めて強い光強度が必要で
あるという問題がある。
【0004】無機材料では、ニオブ酸リチウム(LiNbO
3 )の非線形光学定数が最も大きいが、このニオブ酸リ
チウムは、強いレーザー光を照射すると部分的に屈折率
の変化を生じ、また、光によって損傷しやすいという欠
点を有しており、未だ実用化されるに至っていない。近
年、(a) 非線形分極率が大きく、(b) 光によって損傷し
にくく、(c) 電場に対する応答性および応答速度が高い
等、本質的に無機材料よりも非線形光学効果に優れた、
有機の非線形光学材料が注目されている〔例えば“Nonl
inear Optical Properties of Organic and Polymeric
Materials ”ACS SYMPOSIUM SERIES 233,(American C
hemical Society ,1983)、「有機非線形光学材料」加
藤政雄、中西八郎監修(CMC社、1985)等参照〕。
3 )の非線形光学定数が最も大きいが、このニオブ酸リ
チウムは、強いレーザー光を照射すると部分的に屈折率
の変化を生じ、また、光によって損傷しやすいという欠
点を有しており、未だ実用化されるに至っていない。近
年、(a) 非線形分極率が大きく、(b) 光によって損傷し
にくく、(c) 電場に対する応答性および応答速度が高い
等、本質的に無機材料よりも非線形光学効果に優れた、
有機の非線形光学材料が注目されている〔例えば“Nonl
inear Optical Properties of Organic and Polymeric
Materials ”ACS SYMPOSIUM SERIES 233,(American C
hemical Society ,1983)、「有機非線形光学材料」加
藤政雄、中西八郎監修(CMC社、1985)等参照〕。
【0005】上記有機非線形光学材料としては、例え
ば、下記の各式で表される、3−アセチルアミノ−4−
ピロリジン−ニトロベンゼン(以下「PAN」とい
う)、2−メチル−4−ニトロアニリン(以下「MN
A」という)、p−ニトロ−(2−ヒドロキシメチル−
ピロリニル)フェニレン(以下「NPP」という)、お
よび、4−ジメチルアミノ−3−アセトアミノ−ニトロ
ベンゼン(以下「DAN」という)等の化合物があげら
れる。
ば、下記の各式で表される、3−アセチルアミノ−4−
ピロリジン−ニトロベンゼン(以下「PAN」とい
う)、2−メチル−4−ニトロアニリン(以下「MN
A」という)、p−ニトロ−(2−ヒドロキシメチル−
ピロリニル)フェニレン(以下「NPP」という)、お
よび、4−ジメチルアミノ−3−アセトアミノ−ニトロ
ベンゼン(以下「DAN」という)等の化合物があげら
れる。
【0006】PAN:
【0007】
【化3】
【0008】MNA:
【0009】
【化4】
【0010】NPP:
【0011】
【化5】
【0012】DAN:
【0013】
【化6】
【0014】非線形光学材料を、2次の非線形光学現象
の一つである第2高調波発生(SHG)を利用して、入
射光(基本波)の波長を1/2に変換する第2高調波発
生素子に使用する場合に、発生した第2高調波を効率良
く取り出すためには、非線形光学材料として、上記第2
高調波に対する透明性が高いもの、すなわち、第2高調
波の波長領域(一般に、可視光領域の中〜短波長側)に
おける光吸収が小さいものを使用する必要がある。
の一つである第2高調波発生(SHG)を利用して、入
射光(基本波)の波長を1/2に変換する第2高調波発
生素子に使用する場合に、発生した第2高調波を効率良
く取り出すためには、非線形光学材料として、上記第2
高調波に対する透明性が高いもの、すなわち、第2高調
波の波長領域(一般に、可視光領域の中〜短波長側)に
おける光吸収が小さいものを使用する必要がある。
【0015】しかし、前記PAN、MNA、NPP、D
AN等の有機非線形光学材料は、いずれも、短波長領域
における光吸収が大きいため、第2高調波を効率良く取
り出すことができないという問題がある。上記の問題に
は、各化合物の電子状態が関与しており、それゆえ、上
記化合物のベンゼン環の炭素原子を窒素原子等で置き換
えて電子状態を変化させ、短波長側の光吸収を小さくす
る試みがなされているが、満足の行く結果は得られてい
ない。
AN等の有機非線形光学材料は、いずれも、短波長領域
における光吸収が大きいため、第2高調波を効率良く取
り出すことができないという問題がある。上記の問題に
は、各化合物の電子状態が関与しており、それゆえ、上
記化合物のベンゼン環の炭素原子を窒素原子等で置き換
えて電子状態を変化させ、短波長側の光吸収を小さくす
る試みがなされているが、満足の行く結果は得られてい
ない。
【0016】また、上記有機非線形光学材料において、
2次の非線形光学効果を左右する2次の非線形感受率X
(2) を大きくするには、分子レベルにおける分極(分子
分極)μを表す、下記式(ii)中の2次の分子超分極率β
を大きくする必要がある。 μ=αE+βE・E+γE・E・E+… …(ii) 〔但し、αは分極率、β,γ…は、それぞれ2次、3次
…の分子超分極率、Eは電場ベクトルを表す〕上記2次
の分子超分極率βは、分子内の電荷移動の大きさに大き
く依存しており、分子内の電荷移動が大きくなれば、2
次の分子超分極率βも大きくなる。しかし、分子内の電
荷移動が大きくなると、非線形光学材料の光波長吸収領
域が、可視光領域内で短波長側からより波長の長い側に
拡がり、前記第2高調波の波長領域における光の透過率
が悪化するという問題がある。
2次の非線形光学効果を左右する2次の非線形感受率X
(2) を大きくするには、分子レベルにおける分極(分子
分極)μを表す、下記式(ii)中の2次の分子超分極率β
を大きくする必要がある。 μ=αE+βE・E+γE・E・E+… …(ii) 〔但し、αは分極率、β,γ…は、それぞれ2次、3次
…の分子超分極率、Eは電場ベクトルを表す〕上記2次
の分子超分極率βは、分子内の電荷移動の大きさに大き
く依存しており、分子内の電荷移動が大きくなれば、2
次の分子超分極率βも大きくなる。しかし、分子内の電
荷移動が大きくなると、非線形光学材料の光波長吸収領
域が、可視光領域内で短波長側からより波長の長い側に
拡がり、前記第2高調波の波長領域における光の透過率
が悪化するという問題がある。
【0017】さらに、非線形光学材料が2次の非線形光
学効果を発現するためには、結晶中に配列された各分子
が、互いの分子の持つ永久双極子モーメントを打ち消さ
ないこと、つまり、結晶中における分子の配列が対称中
心を有さないことが必要である。しかし、分子構造から
分子配列を決定することは、現状では殆ど不可能であ
り、分子構造がよく似ていても分子配列が同じであると
は限らず、2次の分子超分極率βが大きい材料であって
も、その結晶中における分子の配列が対称中心を有する
ため、結晶状態では、2次の非線形光学現象を生じない
ものが多いという問題もある。
学効果を発現するためには、結晶中に配列された各分子
が、互いの分子の持つ永久双極子モーメントを打ち消さ
ないこと、つまり、結晶中における分子の配列が対称中
心を有さないことが必要である。しかし、分子構造から
分子配列を決定することは、現状では殆ど不可能であ
り、分子構造がよく似ていても分子配列が同じであると
は限らず、2次の分子超分極率βが大きい材料であって
も、その結晶中における分子の配列が対称中心を有する
ため、結晶状態では、2次の非線形光学現象を生じない
ものが多いという問題もある。
【0018】すなわち、上記式(ii)中の各分子超分極率
が大きい程、微視的、つまり分子レベルの分極μは大き
くなるものの、結晶中における分子の配列が対称中心を
有する場合には、いくら分子レベルの分極μが大きくて
も、巨視的、つまり前記式(i) で表される結晶レベルの
分極Pは小さく、2次の非線形光学現象を生じない場合
がある。
が大きい程、微視的、つまり分子レベルの分極μは大き
くなるものの、結晶中における分子の配列が対称中心を
有する場合には、いくら分子レベルの分極μが大きくて
も、巨視的、つまり前記式(i) で表される結晶レベルの
分極Pは小さく、2次の非線形光学現象を生じない場合
がある。
【0019】以上のように、有機結晶材料の光学特性
は、分子の特性のみならず、結晶中における分子の配列
により大きな影響を受けるが、有機分子の結晶における
分子配列は、ある温度領域で個々の分子種により一義的
に決まる場合が多く、結晶中での分子配列の制御は非常
に困難である。したがって、分子自身の持つ光学特性が
分子配列によって影響を受け、有機結晶材料を構成する
分子本来の非線形光学効果を十分に発揮できないという
問題がある。
は、分子の特性のみならず、結晶中における分子の配列
により大きな影響を受けるが、有機分子の結晶における
分子配列は、ある温度領域で個々の分子種により一義的
に決まる場合が多く、結晶中での分子配列の制御は非常
に困難である。したがって、分子自身の持つ光学特性が
分子配列によって影響を受け、有機結晶材料を構成する
分子本来の非線形光学効果を十分に発揮できないという
問題がある。
【0020】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
のであって、第2高調波の波長領域における光透過性に
優れ、且つ、大きな2次の非線形光学効果を示す有機非
線形光学材料を提供することを目的としている。
のであって、第2高調波の波長領域における光透過性に
優れ、且つ、大きな2次の非線形光学効果を示す有機非
線形光学材料を提供することを目的としている。
【0021】
【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するため、本発明者らは、種々の化合物について検討
を行い、その結果、下記一般式(I) で表される化合物
が、 結晶中において、分子の持つ双極子モーメントを互い
に打ち消し合わない分子配向をとる確率が高いこと、 π電子系が極めて単純で小さいので、光波長吸収領域
が可視光領域内のより短波長側にあり、しかも、その吸
収が急峻で狭く、このため、可視光領域の広い範囲で光
を透過できる可能性のあること、 を見出した。
決するため、本発明者らは、種々の化合物について検討
を行い、その結果、下記一般式(I) で表される化合物
が、 結晶中において、分子の持つ双極子モーメントを互い
に打ち消し合わない分子配向をとる確率が高いこと、 π電子系が極めて単純で小さいので、光波長吸収領域
が可視光領域内のより短波長側にあり、しかも、その吸
収が急峻で狭く、このため、可視光領域の広い範囲で光
を透過できる可能性のあること、 を見出した。
【0022】
【化7】
【0023】〔式中X,Yは少なくとも一方が電子吸引
性基を示し、Z1,Z2 は、同一または異なって、カル
コゲン原子、または、下記一般式(II)で表される基を示
し、
性基を示し、Z1,Z2 は、同一または異なって、カル
コゲン原子、または、下記一般式(II)で表される基を示
し、
【0024】
【化8】
【0025】R1 ,R2 ,R3 は、それぞれ、同一また
は異なって、水素原子、または置換基を有していてもよ
いアルキル基、アリール基を示す。〕上記と同様の構造
を有する有機非線形光学材料としては、特開昭64−5
6425号公報に開示されたものや、特開平1−205
130号公報に開示されたものがあるが、これらの化合
物は、いずれも、電子供与基が、不飽和の複素環として
π電子系に組み込まれているため、光波長吸収領域が、
可視光領域内の、より長波長側に及ぶ広いものになると
予想される。
は異なって、水素原子、または置換基を有していてもよ
いアルキル基、アリール基を示す。〕上記と同様の構造
を有する有機非線形光学材料としては、特開昭64−5
6425号公報に開示されたものや、特開平1−205
130号公報に開示されたものがあるが、これらの化合
物は、いずれも、電子供与基が、不飽和の複素環として
π電子系に組み込まれているため、光波長吸収領域が、
可視光領域内の、より長波長側に及ぶ広いものになると
予想される。
【0026】有機非線形光学材料の吸収波長は、分子軌
道法の一種であるPPP(Pariser-Parr-Pole )−MO
法を用いて、計算により求めることができる。この計算
手法による吸収波長の計算結果は、実測値とよく一致す
ることが知られており、吸収波長を計算するのに妥当な
方法であると言える〔清水洋その他、日本化学会秋期年
会予稿集(1987)参照〕。
道法の一種であるPPP(Pariser-Parr-Pole )−MO
法を用いて、計算により求めることができる。この計算
手法による吸収波長の計算結果は、実測値とよく一致す
ることが知られており、吸収波長を計算するのに妥当な
方法であると言える〔清水洋その他、日本化学会秋期年
会予稿集(1987)参照〕。
【0027】本発明化合物のうち、一般式(I) 中のXが
シアノ基、Yがエトキシカルボニル基、Z1 ,Z2 が共
に硫黄原子、R1 ,R2 が共にメチル基である、下記式
(1)で表される化合物の吸収波長を、上記PPP−MO
法を用いて計算したところ、極大吸収波長は328nmと
なり、先の特開昭64−56425号公報に開示の化合
物の極大吸収波長368nmより40nmも短波長側にある
ため、可視光領域の広い範囲で光を透過できるものであ
ることが、計算の上からも予測された。
シアノ基、Yがエトキシカルボニル基、Z1 ,Z2 が共
に硫黄原子、R1 ,R2 が共にメチル基である、下記式
(1)で表される化合物の吸収波長を、上記PPP−MO
法を用いて計算したところ、極大吸収波長は328nmと
なり、先の特開昭64−56425号公報に開示の化合
物の極大吸収波長368nmより40nmも短波長側にある
ため、可視光領域の広い範囲で光を透過できるものであ
ることが、計算の上からも予測された。
【0028】
【化9】
【0029】したがって、本発明の有機非線形光学材料
は、従来のMNA等の化合物に比べて、短波長領域にお
ける光吸収が小さいので、第2高調波発生素子等の光波
長変換素子用の非線形光学材料として、特に好適に使用
できるものであることが判る。前記一般式(I) ないし(I
II) で表される化合物において、X,Yに相当する電子
吸引性基としては、例えばフッ素、塩素、臭素、ヨウ素
等のハロゲン原子;シアノ基;ニトロ基;メタンスルホ
ニル、エタンスルホニル、プロパンスルホニル、ブタン
スルホニル、トリフルオロメタンスルホニル、2,2,
2−トリフルオロエタンスルホニル等のハロゲン原子を
有していてもよいアルカンスルホニル基;スルホ基;メ
トキシスルホニル、エトキシスルホニル、プロポキシス
ルホニル、イソプロポキシスルホニル、ブトキシスルホ
ニル、tert- ブトキシスルホニル、ペンチルオキシスル
ホニル、ヘキシルオキシスルホニル、オクチルオキシス
ルホニルなどのアルコキシスルホニル、フェノキシスル
ホニル、p−シアノフェノキシスルホニルなどの置換基
を有していてもよいフェノキシスルホニル等のエステル
化されたスルホ基;カルボキシル基;メトキシカルボニ
ル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、イソ
プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、イソブト
キシカルボニル、tert−ブトキシカルボニル、ヘキシル
オキシカルボニル、ヘプチルオキシカルボニル、オクチ
ルオキシカルボニル、ノニルオキシカルボニル、デシル
オキシカルボニル、ウンデシルオキシカルボニル、ドデ
シルオキシカルボニル、トリデシルオキシカルボニル、
テトラデシルオキシカルボニル、ペンタデシルオキシカ
ルボニルなどのアルコキシカルボニル基:フェノキシル
カルボニル、p−ニトロフェニルオキシカルボニルなど
の置換基を有していてもよいアリールオキシカルボニ
ル、ベンジルオキシカルボニル、ベンズヒドリルオキシ
カルボニルなどのアラルキルオキシカルボニル、アミノ
カルボニル等のエステル化されたカルボキシル基;アル
デヒド(ホルミル)、アセチル、プロピオニル、ブチリ
ル、ペンタノイル、ヘキサノイル、オクタノイル、ベン
ゾイル等のアシル基;カルバモイル、メチルカルバモイ
ル、ジメチルカルバモイル、エチルカルバモイル、プロ
ピルカルバモイル、ヘキシルカルバモイル、ラウリルカ
ルバモイル、ベンジルカルバモイル、フェニルカルバモ
イル等の置換基を有していてもよいカルバモイル基;ス
ルファモイル、メチルスルファモイル、エチルスルファ
モイル、フェニルスルファモイル、ベンジルスルファモ
イルなどの置換基を有していてもよいスルファモイル
基;ニトロソ基;スルフィノ基;チオカルボキシル基な
どがあげられ、特に、シアノ基、メトキシカルボニル
基、エトキシカルボニル基、アセチル基、プロピオニル
基、ベンゾイル基、アミノカルボニル基が好ましい。
は、従来のMNA等の化合物に比べて、短波長領域にお
ける光吸収が小さいので、第2高調波発生素子等の光波
長変換素子用の非線形光学材料として、特に好適に使用
できるものであることが判る。前記一般式(I) ないし(I
II) で表される化合物において、X,Yに相当する電子
吸引性基としては、例えばフッ素、塩素、臭素、ヨウ素
等のハロゲン原子;シアノ基;ニトロ基;メタンスルホ
ニル、エタンスルホニル、プロパンスルホニル、ブタン
スルホニル、トリフルオロメタンスルホニル、2,2,
2−トリフルオロエタンスルホニル等のハロゲン原子を
有していてもよいアルカンスルホニル基;スルホ基;メ
トキシスルホニル、エトキシスルホニル、プロポキシス
ルホニル、イソプロポキシスルホニル、ブトキシスルホ
ニル、tert- ブトキシスルホニル、ペンチルオキシスル
ホニル、ヘキシルオキシスルホニル、オクチルオキシス
ルホニルなどのアルコキシスルホニル、フェノキシスル
ホニル、p−シアノフェノキシスルホニルなどの置換基
を有していてもよいフェノキシスルホニル等のエステル
化されたスルホ基;カルボキシル基;メトキシカルボニ
ル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、イソ
プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、イソブト
キシカルボニル、tert−ブトキシカルボニル、ヘキシル
オキシカルボニル、ヘプチルオキシカルボニル、オクチ
ルオキシカルボニル、ノニルオキシカルボニル、デシル
オキシカルボニル、ウンデシルオキシカルボニル、ドデ
シルオキシカルボニル、トリデシルオキシカルボニル、
テトラデシルオキシカルボニル、ペンタデシルオキシカ
ルボニルなどのアルコキシカルボニル基:フェノキシル
カルボニル、p−ニトロフェニルオキシカルボニルなど
の置換基を有していてもよいアリールオキシカルボニ
ル、ベンジルオキシカルボニル、ベンズヒドリルオキシ
カルボニルなどのアラルキルオキシカルボニル、アミノ
カルボニル等のエステル化されたカルボキシル基;アル
デヒド(ホルミル)、アセチル、プロピオニル、ブチリ
ル、ペンタノイル、ヘキサノイル、オクタノイル、ベン
ゾイル等のアシル基;カルバモイル、メチルカルバモイ
ル、ジメチルカルバモイル、エチルカルバモイル、プロ
ピルカルバモイル、ヘキシルカルバモイル、ラウリルカ
ルバモイル、ベンジルカルバモイル、フェニルカルバモ
イル等の置換基を有していてもよいカルバモイル基;ス
ルファモイル、メチルスルファモイル、エチルスルファ
モイル、フェニルスルファモイル、ベンジルスルファモ
イルなどの置換基を有していてもよいスルファモイル
基;ニトロソ基;スルフィノ基;チオカルボキシル基な
どがあげられ、特に、シアノ基、メトキシカルボニル
基、エトキシカルボニル基、アセチル基、プロピオニル
基、ベンゾイル基、アミノカルボニル基が好ましい。
【0030】上記X,Yは、その少なくとも一方が、上
記例示の電子吸引性基であれば、他方の基については特
に限定されない。また、上記X,Yは、両方とも電子吸
引性基でもよい。Z1 ,Z2 で表される基のうちカルコ
ゲン原子としては、酸素、硫黄、セレン、テルルなどが
あげられる。
記例示の電子吸引性基であれば、他方の基については特
に限定されない。また、上記X,Yは、両方とも電子吸
引性基でもよい。Z1 ,Z2 で表される基のうちカルコ
ゲン原子としては、酸素、硫黄、セレン、テルルなどが
あげられる。
【0031】R1 ,R2 ,R3 で表される基のうち、置
換基を有していてもよいアルキル基としては、例えばメ
チル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、ブチル、
オクチル、tert−オクチル、デシル、ヘキシル、ヘキサ
デシル、ドデシル、2−ヒドロキシエチル、カルボキシ
メチル、シアノメチル、2−メトキシエチル、ベンジ
ル、アニシル、2−フェニルメチル、トリフルオロメチ
ル、ヒドロキシメチル、メトキシメチル、ジシアノメチ
ル、アミノメチル、N−メチルアミノメチル、メルカプ
トメチル、メチルチオメチル、N,N−ジメチルアミノ
メチル、クロロメチル、ブロモメチルなどがあげられ、
特に、メチル、エチル、ベンジル、アニシルが好まし
い。
換基を有していてもよいアルキル基としては、例えばメ
チル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、ブチル、
オクチル、tert−オクチル、デシル、ヘキシル、ヘキサ
デシル、ドデシル、2−ヒドロキシエチル、カルボキシ
メチル、シアノメチル、2−メトキシエチル、ベンジ
ル、アニシル、2−フェニルメチル、トリフルオロメチ
ル、ヒドロキシメチル、メトキシメチル、ジシアノメチ
ル、アミノメチル、N−メチルアミノメチル、メルカプ
トメチル、メチルチオメチル、N,N−ジメチルアミノ
メチル、クロロメチル、ブロモメチルなどがあげられ、
特に、メチル、エチル、ベンジル、アニシルが好まし
い。
【0032】R1 ,R2 ,R3 で表される基のうち、置
換基を有していてもよいアリール基としては、フェニ
ル、p−メトキシフェニル、ナフチルなどがあげられ
る。前記一般式(I) で表される化合物の具体例として
は、式(1) で表される化合物の他に、例えば以下に示す
化合物があげられる。
換基を有していてもよいアリール基としては、フェニ
ル、p−メトキシフェニル、ナフチルなどがあげられ
る。前記一般式(I) で表される化合物の具体例として
は、式(1) で表される化合物の他に、例えば以下に示す
化合物があげられる。
【0033】
【化10】
【0034】
【化11】
【0035】
【化12】
【0036】
【化13】
【0037】
【化14】
【0038】上記化合物からなる、本発明の有機非線形
光学材料は、高分子、クラスレイト化合物(包接化合
物)、固溶体、液晶等の宿主格子中に包有した状態、支
持体上に沈積した薄層の状態(ラングミュア−プロジェ
ットの単分子層)、単結晶、粉末、溶液等の、種々の形
態で使用することができる。以上のように、本発明の有
機非線形光学材料は、高い2次の非線形光学効果を示す
とともに、短波長領域の光の透過性に優れているため、
第2高調波発生素子等の光波長変換素子用の非線形光学
材料として特に好適に使用できる他、非線形光学材料を
使用するその他の素子、例えば、位相変調素子、位相共
役光学素子、振幅変調素子、周波数変調素子、パルス変
調素子、偏面波変調素子等の光変調素子や、あるいは、
光記憶素子、光パルス波形制御素子、光リミッタ、微分
増幅素子、光トランジスタ、A/D変換素子、光論理素
子、光マルチバイブレータ、光フリップフロップ回路等
の光双安定素子にも、好適に使用することができる。
光学材料は、高分子、クラスレイト化合物(包接化合
物)、固溶体、液晶等の宿主格子中に包有した状態、支
持体上に沈積した薄層の状態(ラングミュア−プロジェ
ットの単分子層)、単結晶、粉末、溶液等の、種々の形
態で使用することができる。以上のように、本発明の有
機非線形光学材料は、高い2次の非線形光学効果を示す
とともに、短波長領域の光の透過性に優れているため、
第2高調波発生素子等の光波長変換素子用の非線形光学
材料として特に好適に使用できる他、非線形光学材料を
使用するその他の素子、例えば、位相変調素子、位相共
役光学素子、振幅変調素子、周波数変調素子、パルス変
調素子、偏面波変調素子等の光変調素子や、あるいは、
光記憶素子、光パルス波形制御素子、光リミッタ、微分
増幅素子、光トランジスタ、A/D変換素子、光論理素
子、光マルチバイブレータ、光フリップフロップ回路等
の光双安定素子にも、好適に使用することができる。
【0039】本発明の有機非線形光学材料から、上記各
種の素子を形成する場合には、通常、当該有機非線形光
学材料そのものを素子として用いればよい。しかし、本
発明の有機非線形光学材料から、第2高調波発生素子等
の光波長変換素子や、位相変調素子等の光変調素子を形
成する場合には、当該有機非線形光学材料を光導波路に
使用した光導波路型の構成とすることが好ましい〔J.Zy
ss,J.Molecular Electronics 1,25(1985)等参
照〕。
種の素子を形成する場合には、通常、当該有機非線形光
学材料そのものを素子として用いればよい。しかし、本
発明の有機非線形光学材料から、第2高調波発生素子等
の光波長変換素子や、位相変調素子等の光変調素子を形
成する場合には、当該有機非線形光学材料を光導波路に
使用した光導波路型の構成とすることが好ましい〔J.Zy
ss,J.Molecular Electronics 1,25(1985)等参
照〕。
【0040】上記の場合には、光導波路内に光を閉じ込
めることができるので、光パワー密度が大きくなり、ま
た相互作用長を長くすることができるので、波長変換や
位相変調等の高効率化を図ることができ、さらに、モー
ド分散を利用した位相整合も可能である。光導波路を形
成するには、例えば、非線形媒質の原料を、 等方性媒質からなるキャピラリー中、 等方性媒質からなる光導波路基板上、 等方性媒質からなる光導波路基板間、 等で、加熱溶融させた後、ゆっくりと冷却させて結晶を
析出させる方法、基板上に真空蒸着法、高周波スパッタ
リング法等によって結晶を析出させる方法等が採用され
る。
めることができるので、光パワー密度が大きくなり、ま
た相互作用長を長くすることができるので、波長変換や
位相変調等の高効率化を図ることができ、さらに、モー
ド分散を利用した位相整合も可能である。光導波路を形
成するには、例えば、非線形媒質の原料を、 等方性媒質からなるキャピラリー中、 等方性媒質からなる光導波路基板上、 等方性媒質からなる光導波路基板間、 等で、加熱溶融させた後、ゆっくりと冷却させて結晶を
析出させる方法、基板上に真空蒸着法、高周波スパッタ
リング法等によって結晶を析出させる方法等が採用され
る。
【0041】また、適当な有機溶媒に、上記原料を溶解
させた溶液から、上記キャピラリー中、基板上または基
板間に結晶を析出させることもできる。さらに、場合に
よっては、キャピラリーの内壁面や基板の表面等の、非
線形媒質と等方性媒質との接触界面となるべき部分を配
向処理剤で処理した後、前記のように、非線形媒質を析
出、結晶成長させてもよい。
させた溶液から、上記キャピラリー中、基板上または基
板間に結晶を析出させることもできる。さらに、場合に
よっては、キャピラリーの内壁面や基板の表面等の、非
線形媒質と等方性媒質との接触界面となるべき部分を配
向処理剤で処理した後、前記のように、非線形媒質を析
出、結晶成長させてもよい。
【0042】配向処理剤としては、無機塩および有機塩
(例えば、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムな
ど)、適当な高分子(例えば、ポリアミドなど)からな
る薄膜、金属錯体、金属薄膜(例えば、斜め蒸着した金
薄膜など)等が例示される。なお、本発明の有機非線形
光学材料を光導波路に使用した非線形光学素子は上記例
に限定されるものではなく、例えば光変調素子として
は、振幅変調することができる縦型動作の光導波路型光
変調素子でもよく、また結晶などの非線形媒質自体に直
接電圧を印加する形態とすることもできる。なお、光変
調素子においては、非線形媒質の対称性、結晶軸の方向
等により、位相変調を効率よく行なうための電界印加方
向が異なるので、それらに基づいて、電極の構成を適宜
変更するのがよい。
(例えば、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムな
ど)、適当な高分子(例えば、ポリアミドなど)からな
る薄膜、金属錯体、金属薄膜(例えば、斜め蒸着した金
薄膜など)等が例示される。なお、本発明の有機非線形
光学材料を光導波路に使用した非線形光学素子は上記例
に限定されるものではなく、例えば光変調素子として
は、振幅変調することができる縦型動作の光導波路型光
変調素子でもよく、また結晶などの非線形媒質自体に直
接電圧を印加する形態とすることもできる。なお、光変
調素子においては、非線形媒質の対称性、結晶軸の方向
等により、位相変調を効率よく行なうための電界印加方
向が異なるので、それらに基づいて、電極の構成を適宜
変更するのがよい。
【0043】
【実施例】以下に、実施例に基づいて、本発明をより詳
細に説明する。実施例1 金属ナトリウム5g(0.22モル)をエタノール87
mlに氷冷下で溶解させたものの半量を、シアノ酢酸エチ
ル10.9ml(0.10モル)に10℃以下で滴下した
後、室温で30分間攪拌した。
細に説明する。実施例1 金属ナトリウム5g(0.22モル)をエタノール87
mlに氷冷下で溶解させたものの半量を、シアノ酢酸エチ
ル10.9ml(0.10モル)に10℃以下で滴下した
後、室温で30分間攪拌した。
【0044】つぎに、上記反応液中に、二硫化炭素6.
6ml(0.11モル)を氷冷下で滴下した後、氷冷下で
1時間攪拌した。つぎに、上記反応液に、金属ナトリウ
ムのエタノール溶液の残りを滴下した後、室温に戻し、
2時間攪拌した。つぎに、上記反応液に蒸留水20mlを
加え、冷蔵庫内で一昼夜放置した後、析出した固体をろ
別し、冷却したエタノール、ヘキサンの順で洗浄し、風
乾した。
6ml(0.11モル)を氷冷下で滴下した後、氷冷下で
1時間攪拌した。つぎに、上記反応液に、金属ナトリウ
ムのエタノール溶液の残りを滴下した後、室温に戻し、
2時間攪拌した。つぎに、上記反応液に蒸留水20mlを
加え、冷蔵庫内で一昼夜放置した後、析出した固体をろ
別し、冷却したエタノール、ヘキサンの順で洗浄し、風
乾した。
【0045】得られた黄白色固体3gを、室温でエタノ
ール100mlに溶解し、この溶液に、ヨウ化メチル1.
7mlとエタノール5mlとの混合液を滴下した後、90℃
に加熱して3時間攪拌した。攪拌終了後、反応液から溶
媒を留去して得られた固体を、ジクロロメタンで抽出し
て抽出液を得、この抽出液を、蒸留水で洗浄し、無水硫
酸ナトリウムで脱水した後、再び溶媒を留去して固体状
の反応生成物を得た。
ール100mlに溶解し、この溶液に、ヨウ化メチル1.
7mlとエタノール5mlとの混合液を滴下した後、90℃
に加熱して3時間攪拌した。攪拌終了後、反応液から溶
媒を留去して得られた固体を、ジクロロメタンで抽出し
て抽出液を得、この抽出液を、蒸留水で洗浄し、無水硫
酸ナトリウムで脱水した後、再び溶媒を留去して固体状
の反応生成物を得た。
【0046】上記反応生成物を、ジクロロメタンを展開
溶媒として、シリカゲルカラムによって分離し、分離さ
れた固体をエタノールから再結晶させて精製して、白色
の針状結晶を得た。得られた結晶について、核磁気共鳴
(NMR)法、赤外分光分析法(IR)、質量分析法に
より化合物の同定を行ったところ、下記式(1) で表され
る、3,3−ジメチルチオ−2−エトキシカルボニルプ
ロペノニトリル(融点59℃、以下「MTPN」とい
う)であることが確認された。
溶媒として、シリカゲルカラムによって分離し、分離さ
れた固体をエタノールから再結晶させて精製して、白色
の針状結晶を得た。得られた結晶について、核磁気共鳴
(NMR)法、赤外分光分析法(IR)、質量分析法に
より化合物の同定を行ったところ、下記式(1) で表され
る、3,3−ジメチルチオ−2−エトキシカルボニルプ
ロペノニトリル(融点59℃、以下「MTPN」とい
う)であることが確認された。
【0047】
【化15】
【0048】実施例2 実施例1で作製したMTPN2.0g(0.009モ
ル)をエタノール60mlに溶解し、加熱還流下、40%
ジメチルアミン水溶液5.0g(0.044モル)を滴
下し、滴下終了後さらに5時間攪拌した。攪拌終了後、
反応液から溶媒を留去して得られた固体を、ジクロロメ
タンで抽出して抽出液を得、この抽出液を、蒸留水で洗
浄し、無水硫酸ナトリウムで脱水した後、再び溶媒を留
去して固体状の反応生成物を得た。
ル)をエタノール60mlに溶解し、加熱還流下、40%
ジメチルアミン水溶液5.0g(0.044モル)を滴
下し、滴下終了後さらに5時間攪拌した。攪拌終了後、
反応液から溶媒を留去して得られた固体を、ジクロロメ
タンで抽出して抽出液を得、この抽出液を、蒸留水で洗
浄し、無水硫酸ナトリウムで脱水した後、再び溶媒を留
去して固体状の反応生成物を得た。
【0049】上記反応生成物を、ジクロロメタンを展開
溶媒として、シリカゲルカラムによって分離し、分離さ
れた固体をエタノールから再結晶させて精製して、白色
の針状結晶を得た。得られた結晶について、核磁気共鳴
(NMR)法、赤外分光分析法(IR)、質量分析法に
より化合物の同定を行ったところ、下記式(2) で表され
る、3−ジメチルアミノ−3−メチルチオ−2−エトキ
シカルボニルプロペノニトリル(融点93℃、以下「D
MATPN」という)であることが確認された。
溶媒として、シリカゲルカラムによって分離し、分離さ
れた固体をエタノールから再結晶させて精製して、白色
の針状結晶を得た。得られた結晶について、核磁気共鳴
(NMR)法、赤外分光分析法(IR)、質量分析法に
より化合物の同定を行ったところ、下記式(2) で表され
る、3−ジメチルアミノ−3−メチルチオ−2−エトキ
シカルボニルプロペノニトリル(融点93℃、以下「D
MATPN」という)であることが確認された。
【0050】
【化16】
【0051】実施例3 シアノ酢酸エチルに代えて、6.6g(0.10モル)
のマロンニトリルを用いたこと以外は、上記実施例1と
同様にして、1,1−ジシアノ−2,2−ジメチルチオ
エチレンの白色固体を得た。つぎに、この1,1−ジシ
アノ−2,2−ジメチルチオエチレン1.6g(0.0
09モル)をMTPNに代えて使用したこと以外は、上
記実施例2と同様にして、白色の針状結晶を得た。
のマロンニトリルを用いたこと以外は、上記実施例1と
同様にして、1,1−ジシアノ−2,2−ジメチルチオ
エチレンの白色固体を得た。つぎに、この1,1−ジシ
アノ−2,2−ジメチルチオエチレン1.6g(0.0
09モル)をMTPNに代えて使用したこと以外は、上
記実施例2と同様にして、白色の針状結晶を得た。
【0052】得られた結晶について、核磁気共鳴(NM
R)法、赤外分光分析法(IR)、質量分析法により化
合物の同定を行ったところ、下記式(3) で表される、
1,1−ジシアノ−2−ジメチルアミノ−2−メチルチ
オエチレン(融点73℃、以下「DCATE」という)
であることが確認された。
R)法、赤外分光分析法(IR)、質量分析法により化
合物の同定を行ったところ、下記式(3) で表される、
1,1−ジシアノ−2−ジメチルアミノ−2−メチルチ
オエチレン(融点73℃、以下「DCATE」という)
であることが確認された。
【0053】
【化17】
【0054】評価試験1 上記実施例1〜3で得た化合物について、S.K.Kurtz ,
T.T.Perry ,J.Apply.Phys. ,39,3798(1968)所載の
方法に準じた下記の測定方法により、発生する第2高調
波の強度を測定した。 ・測定方法 上記各化合物の粉末をガラスセルに詰め、このガラスセ
ルにNd:YAGレーザ(波長1.064μm)を照射
して、セルから出る光に含まれる、波長532nmの第2
高調波のSHG強度を、光電子倍増管を用いて測定し
た。結果を表1に示す。なお、この表1においては、S
HG強度を、標準物質である尿素粉末における強度を1
とした相対値で示した。
T.T.Perry ,J.Apply.Phys. ,39,3798(1968)所載の
方法に準じた下記の測定方法により、発生する第2高調
波の強度を測定した。 ・測定方法 上記各化合物の粉末をガラスセルに詰め、このガラスセ
ルにNd:YAGレーザ(波長1.064μm)を照射
して、セルから出る光に含まれる、波長532nmの第2
高調波のSHG強度を、光電子倍増管を用いて測定し
た。結果を表1に示す。なお、この表1においては、S
HG強度を、標準物質である尿素粉末における強度を1
とした相対値で示した。
【0055】
【表1】
【0056】上記表1の結果より、本発明化合物である
MTPN、DMATPN、DCATEは、何れも、標準
物質である尿素粉末より高強度の第2高調波を発生する
ことが確認された。評価試験2 上記実施例1〜3で得た化合物と、従来物質であるNP
P、MNA、PAN、DANとを、それぞれエタノール
に溶解して、濃度4×10-4モル/lのエタノール溶液
を作製し、250〜500nmの波長領域の分光透過曲線
を測定した。結果を図1に示す。
MTPN、DMATPN、DCATEは、何れも、標準
物質である尿素粉末より高強度の第2高調波を発生する
ことが確認された。評価試験2 上記実施例1〜3で得た化合物と、従来物質であるNP
P、MNA、PAN、DANとを、それぞれエタノール
に溶解して、濃度4×10-4モル/lのエタノール溶液
を作製し、250〜500nmの波長領域の分光透過曲線
を測定した。結果を図1に示す。
【0057】上記図1の結果より、本発明化合物である
MTPN、DMATPN、DCATEは、何れも、従来
物質であるNPP、MNA、PAN、DANに比べて、
光吸収波長領域が短波長であり、特に、400nm以上の
光を吸収しないことが判った。
MTPN、DMATPN、DCATEは、何れも、従来
物質であるNPP、MNA、PAN、DANに比べて、
光吸収波長領域が短波長であり、特に、400nm以上の
光を吸収しないことが判った。
【0058】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の有機非
線形光学材料は、短波長領域における光透過性に優れ、
且つ、大きな2次の非線形光学効果を示すものであるた
め、特に、2次の非線形光学材料として、各種の非線形
光学素子に好適に使用することができる。
線形光学材料は、短波長領域における光透過性に優れ、
且つ、大きな2次の非線形光学効果を示すものであるた
め、特に、2次の非線形光学材料として、各種の非線形
光学素子に好適に使用することができる。
【図1】本発明化合物としてのMTPN、DMATP
N、DCATEと、従来物質であるNPP、MNA、P
AN、DANの分光透過曲線を示すグラフである。
N、DCATEと、従来物質であるNPP、MNA、P
AN、DANの分光透過曲線を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上宮 崇文 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 大垣 安二 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 久畑 満 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内
Claims (4)
- 【請求項1】下記一般式(I) : 【化1】 〔式中X,Yは少なくとも一方が電子吸引性基を示し、
Z1 ,Z2 は、同一または異なって、カルコゲン原子、
または、下記一般式(II)で表される基を示し、 【化2】 R1 ,R2 ,R3 は、それぞれ、同一または異なって、
水素原子、または置換基を有していてもよいアルキル
基、アリール基を示す。〕で表される化合物からなるこ
とを特徴とする有機非線形光学材料。 - 【請求項2】上記一般式(I) 中のXがシアノ基、Yがエ
トキシカルボニル基、Z1 ,Z2 が共に硫黄原子、
R1 ,R2 が共にメチル基である請求項1記載の有機非
線形光学材料。 - 【請求項3】上記一般式(I) 中のXがシアノ基、Yがエ
トキシカルボニル基、Z1 が硫黄原子、Z2 が一般式(I
I)で表される基、R1 ,R2 ,R3 が何れもメチル基で
ある請求項1記載の有機非線形光学材料。 - 【請求項4】上記一般式(I) 中のX,Yが共にシアノ
基、Z1 が硫黄原子、Z2 が一般式(II)で表される基、
R1 ,R2 ,R3 が何れもメチル基である請求項1記載
の有機非線形光学材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32300091A JPH05158090A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 有機非線形光学材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32300091A JPH05158090A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 有機非線形光学材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05158090A true JPH05158090A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=18150022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32300091A Pending JPH05158090A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 有機非線形光学材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05158090A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101041635B (zh) | 2006-03-21 | 2010-07-21 | 中国科学院化学研究所 | 一种合成烯酮缩胺衍生物的方法 |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP32300091A patent/JPH05158090A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101041635B (zh) | 2006-03-21 | 2010-07-21 | 中国科学院化学研究所 | 一种合成烯酮缩胺衍生物的方法 |
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