JPH0519314A - 有機非線形光学材料 - Google Patents

有機非線形光学材料

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JPH0519314A
JPH0519314A JP3170294A JP17029491A JPH0519314A JP H0519314 A JPH0519314 A JP H0519314A JP 3170294 A JP3170294 A JP 3170294A JP 17029491 A JP17029491 A JP 17029491A JP H0519314 A JPH0519314 A JP H0519314A
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JP
Japan
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substituent
electron
molecules
polymer
electric field
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Withdrawn
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JP3170294A
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English (en)
Inventor
Satoshi Tatsuura
智 辰浦
Wataru Toyama
弥 外山
Tetsuzo Yoshimura
徹三 吉村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非線形光学材料に関し、二次非線形光学定数
が大きく且つ配向緩和の少ない光学材料を実用化するこ
とを目的とする。 【構成】 一次元ポリマの側鎖を形成し、共役π電子系
をもつ複数の分子が、それぞれ電子供与性置換基,電子
吸引性置換基および結合能をもつ置換基を有すると共
に、この複数の分子のうち少なくとも一つの分子の双極
子モーメントが他の分子の双極子モーメントと逆方向に
向いて結合しており、電界の印加により二種類の分子を
配向させた状態で、隣接する同種ポリマの結合能をもつ
置換基を結合させて三次元ポリマとしたことを特徴とし
て有機非線形光学材料を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は二次の非線形光学特性の
優れた有機非線形光学材料に関する。大量の情報を迅速
に処理する必要から光通信が実用化されているが、これ
に使用する光偏光器,光スイッチ,変調器などの光学部
品には非線形光学材料が使用されている。
【0002】こゝで、従来よりニオブ酸リチウム(LiNb
O3) やタンタル酸リチウム(LiTaO3)などの無機結晶が使
用されているが、これらの材料は非線形光学効果がそれ
程には大きくない以外に、誘電率が大きく、信号の高速
化には対応できないと云う問題がある。
【0003】そこで、誘電率が低く、且つ非線形光学効
果を示す材料としてメチルニトロアニリンや尿素のよう
な有機化合物結晶が着目された。然し、これらの有機結
晶は脆く且つ弱くて扱いにくゝ、また薄膜化しにくいな
どの問題がある。
【0004】そこで、このような問題のない有機高分子
非線形光学材料が注目されている。
【0005】
【従来の技術】有機非線形光学材料として、極性分子を
高分子材料中に加え、分散させた状態で電界を加えて配
向させた分散型電場配向ポリマがある。
【0006】このポリマは、薄膜化が可能であり、製膜
プロセスが簡単であり、安価にできる、などの特徴があ
るものゝ、配向緩和による非線形光学特性の劣化が大き
く、また、極性分子の樹脂中の濃度を大きくできないな
どの問題がある。
【0007】一方、二次の非線形性を示す極性分子を含
む共重合ポリマを作り、このポリマをガラス転移温度以
上の温度で電界を加え、電場配向させることも研究され
ているが、電気光学定数が充分に高い材料は見出されて
いない。
【0008】さて、二次の非線形光学効果(ポッケルス
効果)は反転対称性のある物質では現れない。そこで、
分散型ポリマ或いは共重合型ポリマの場合も、ポリマを
高分子のガラス転移温度以上の温度に保持し、電界を加
えることにより極性分子を電界の方向に配向させてい
る。
【0009】然し、このような方法をとる場合は、 (1) 高温で分子を配向させるために熱運動により配向が
乱される。 (2) 分子同士の立体障害によって配向が妨げられる。 (3) 時間の経過と共に極性分子の反転が生じて分極が失
われる。 などの問題があり、電気光学特性の優れたポリマを得る
ことは難しい。
【0010】こゝで、(3) の問題の対策の一例として電
界を加えながらエポキシ−アミンの化学結合を行うと三
次元的に架橋するために極性分子が固定され、そのため
に配向緩和の少ない非線形材料薄膜ができることが報告
されている。 [ J.Appl.Phys.66(7),1 October(1989)3241〜3247] 然し、この文献によれば、モノマ状態で加熱すると結合
反応が起こる前に分子が昇華するため、電界印加前にあ
る程度に分子を重合させ高分子化しておく必要があると
記載されている。
【0011】然し、このようにプレキュア(Precure) を
行うと、モノマの三次元的な架橋が生ずるために立体障
害を生じ、配向性が低下することが避けられない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】二次の非線形光学効果
を示す材料として極性分子を含む共重合ポリマを作り、
このポリマをガラス転移温度以上の温度に加熱しながら
電界を加え、配向させた有機非線形光学材料が研究され
ているが、電気光学定数が充分に高く、また安定した材
料は見出されていない。
【0013】そこで、電気光学定数が充分に高く、また
配向緩和が生じにくい有機非線形光学材料を実用化する
ことが課題である。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の課題は一次元ポリ
マの側鎖を形成し、共役π電子系をもつ複数の分子が、
それぞれ電子供与性置換基,電子吸引性置換基および結
合能をもつ置換基を有すると共に、この複数の分子のう
ち少なくとも一つの分子の双極子モーメントが他の分子
の双極子モーメントと逆方向に向いて結合しており、電
界の印加により二種類の分子を配向させた状態で、隣接
する同種ポリマの結合能をもつ置換基同士を結合させて
三次元ポリマとしたことを特徴として有機非線形光学材
料を構成することにより解決することができる。
【0015】
【作用】本発明は配向する際に生ずる立体障害を抑制
し、また、配向緩和を無くする方法として、一次元ポリ
マが複数の側鎖をもち、この側鎖を構成する少なくとも
一つの分子の主鎖に対する双極子モーメントの方向が他
の分子の双極子モーメントと逆に向いて構成されている
いる一次元のポリマを用いるものである。
【0016】このような一次元のポリマを用いると、モ
ノマを使用する場合のような分子の昇華がなく、また、
動き易いことから立体障害を最小限に抑制することが可
能となる。
【0017】そして、電界印加あるいはコロナポーリン
グにより極性分子を電界方向に配向させた状態で加熱す
るか、或いは紫外線照射を行って隣接する同種ポリマの
結合基をもつ置換基同士を結合させることによってポリ
マは三次元化し、極性基をもつ分子はこの状態で固定さ
れるために配向緩和の少ない非線形光学材料を得るもの
である。
【0018】図1は本発明の原理図であって一次元ポリ
マの主鎖に共役π結合をもつ不飽和炭化水素として代表
的なベンゼン環をとり、このベンゼン環の水素(H)と置
換して電子供与性置換基R1, 電子吸引性置換基R2および
結合能をもつ置換基R3が結合して二つの側鎖(A)と
(B)を形成している状態を示している。
【0019】こゝで、二つの側鎖(A)と(B)はR1
R2の置換位置が異なるために矢印で示す双極子モーメン
トの方向が逆になっている。そして、このような側鎖を
もつ一次元ポリマに電界を印加すると双極子モーメント
は電界の方向に配向することから、双極子モーメントが
逆方向を向いている側鎖例えば(B)は主鎖に対し、今
までと対称位置に配向する。
【0020】この状態で加熱するか、紫外線照射を行う
と、隣接する一次元ポリマは互いの側鎖(A)と(B)
の結合能のある二つの置換基R3が接近することから結合
し、その結果として三次元ポリマとなるものである。
【0021】なお、R1,R2 およびR3は同じであっても、
また異なっていても差支えない。また、複数の側鎖のう
ち、少なくとも一つの側鎖は電子供与性置換基R1, 電子
吸引性置換基R2および結合能をもつ置換基R3を有してい
ることが必要であるが、他の側鎖は少なくとも結合能を
もつ置換基R3を有していれば、電界により極性基をもつ
分子は配向し、三次元ポリマを作ることができる。
【0022】
【実施例】
実施例1:(請求項1に対応) 図2および図3の(その1)〜(その4)に示すポリマ
は共役π結合をもつベンゼン環に電子供与性置換基(R1)
と電子吸引性置換基(R2)と結合能のある置換基(R3)をも
つ側鎖が双極子モーメントの方向が反対の状態で主鎖に
結びついている状態を示している。
【0023】すなわち、図2の(その1)はベンゼン環
の水素に置換して電子供与性置換基NH2 と電子吸引性置
換基NO2 と結合能をもつ置換基CH=CH2を有して二種類の
側鎖が構成されているが、その側鎖を構成する分子の双
極子モーメントの方向は反対である。
【0024】同図(その2)〜(その4)は同様な類似
例を示している。また、図4は図2(その2)に示す一
次元ポリマが電場配向した状態で結合し三次元ポリマと
なった状態を示すもので、この実施例を示すと次のよう
になる。
【0025】図2(その2)に一般式を示す一次元ポリ
マ5gをクロロホルムに溶解して20重量%溶液を作り、
これを50mm角のガラス基板上にスピンコートして1μm
の厚さに成膜し、40℃で5時間乾燥させた。
【0026】次に、この基板をホットプレート上に置い
て80℃まで昇温し、帯電電圧8 KVでコロナ帯電させ
た。この時の電界は1 MV/cm以上であり、この状態で
1時間保持して側鎖を配向させた。
【0027】次に、この電界印加の状態で150 ℃まで昇
温し、エポキシ基と水酸基を反応させて三次元ポリマ化
した。このようにして得られた薄膜はd33=40 pm/V の
高い非線形光学定数を有しており、また一ケ月に亙って
も性能の劣化は殆ど観測されなかった。
【0028】また、図5は一次元ポリマを構成する三種
類の側鎖のうち、図で左側の側鎖はベンゼン環に電子供
与性置換基で且つ結合能のある置換基OHと、電子吸引性
置換基NO2 で構成されており、また中央の側鎖はN=N で
結合した一方のベンゼン環に電子供与性置換基で且つ結
合能のある置換基OHがあり、また他のベンゼン環には電
子吸引性置換基NO2があり、両者の双極子モーメントの
方向は一致している。
【0029】然し、図で右側の側鎖は電子吸引性置換基
NO2 と結合能のある置換基としてエポキシ基がある場合
で、この側鎖の双極子モーメントの方向は先の二つの側
鎖とは反対の例を示している。 実施例2:(請求項2に対応) 図6の(その1)と(その2)は一次元ポリマの側鎖を
形成する複数の分子のうち、少なくとも一つの分子はπ
電子系をもつと共に電子供与性置換基,電子吸引性置換
基および結合能をもつ置換基を有し、他の分子は結合能
をもつ置換基のみを有して構成されている実施例であっ
て、極性基が電場配向した状態で、結合能をもつエポキ
シ基が紫外線照射或いは加熱により反応して開環し、三
次元ポリマを構成することができる。 実施例3:(請求項3に対応) 図7の(その1)と(その2)は一次元ポリマの側鎖を
形成し、共役π電子系をもつ複数の分子のうち、少なく
とも一つの分子は電子供与性置換基,電子吸引性置換基
および結合能をもつ置換基を有し、他の分子は結合能を
もつ置換基のみを有して構成されている実施例であっ
て、極性基が電場配向した状態で、結合能をもつエポキ
シ基が紫外線照射或いは加熱により反応して開環し、三
次元ポリマを構成することができる。
【0030】
【発明の効果】本発明の実施により配向緩和が少なく、
また二次非線形光学定数の大きな電場配向型ポリマを得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】請求項1に対応する一次元ポリマの該当例の一
般式である。
【図3】請求項1に対応する一次元ポリマの該当例の別
の一般式である。
【図4】図2の(その2)に示す一次元ポリマが結合し
て三次元ポリマとなった状態を示す一般式である。
【図5】請求項1に対応する一次元ポリマの別の該当例
の一般式である。
【図6】請求項2に対応する一次元ポリマの該当例の一
般式である。
【図7】請求項3に対応する一次元ポリマの該当例の一
般式である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次元ポリマの側鎖を形成し、共役π電
    子系をもつ複数の分子が、それぞれ電子供与性置換基,
    電子吸引性置換基および結合能をもつ置換基を有すると
    共に、該複数の分子のうち少なくとも一つの分子の双極
    子モーメントが他の分子の双極子モーメントと逆方向に
    向いて結合しており、電界の印加により前記二種類の分
    子を配向させた状態で、隣接する同種ポリマの結合能を
    もつ置換基を結合させて三次元ポリマとしたことを特徴
    とする有機非線形光学材料。
  2. 【請求項2】 一次元ポリマの側鎖を形成する複数の分
    子のうち、少なくとも一つの分子はπ電子系をもつと共
    に電子供与性置換基,電子吸引性置換基および結合能を
    もつ置換基を有し、他の分子は結合能をもつ置換基のみ
    を有して構成されており、電界の印加により極性分子を
    電場配向させた状態で、隣接する同種ポリマの結合能を
    もつ置換基を結合させて三次元ポリマとしたことを特徴
    とする有機非線形光学材料。
  3. 【請求項3】 一次元ポリマの側鎖を形成し、共役π電
    子系をもつ複数の分子のうち、少なくとも一つの分子は
    電子供与性置換基,電子吸引性置換基および結合能をも
    つ置換基を有し、他の分子は結合能をもつ置換基のみを
    有して構成されており、電界の印加により極性分子を電
    場配向させた状態で、隣接する同種ポリマの結合能をも
    つ置換基を結合させて三次元ポリマとしたことを特徴と
    する有機非線形光学材料。
JP3170294A 1991-07-11 1991-07-11 有機非線形光学材料 Withdrawn JPH0519314A (ja)

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Effective date: 19981008