JPH063715A - Optical medium for nonlinear optical devices - Google Patents
Optical medium for nonlinear optical devicesInfo
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- JPH063715A JPH063715A JP18736292A JP18736292A JPH063715A JP H063715 A JPH063715 A JP H063715A JP 18736292 A JP18736292 A JP 18736292A JP 18736292 A JP18736292 A JP 18736292A JP H063715 A JPH063715 A JP H063715A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 使用波長範囲が広く、高速応答性を有し、か
つ動作入力光強度が小さい実用に供し得る高性能非線形
光学装置に適用できる非線形光学媒質を提供する。
【構成】 分子の片端にテトラヒドロキノリン環を有
し、かつ、分子中に少なくとも1つのナフタレン環を有
するトリスアゾ系二色性色素を含有する非線形光学装置
用光学媒質。色素以外の構成分の例にはポリメタクリル
酸メチルがある。
【効果】 現存の半導体レーザを光源として駆動させ得
るという実用的価値のある非線形光学装置を構成するこ
とができる。(57) [Summary] [Object] To provide a non-linear optical medium applicable to a high-performance non-linear optical device which has a wide operating wavelength range, high-speed response, and small operating input light intensity and which can be put to practical use. An optical medium for a non-linear optical device, which contains a trisazo dichroic dye having a tetrahydroquinoline ring at one end of the molecule and at least one naphthalene ring in the molecule. An example of constituents other than dyes is polymethylmethacrylate. [Effect] It is possible to configure a non-linear optical device of practical value that can drive an existing semiconductor laser as a light source.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理や光通信シ
ステムにおいて、将来的に用いられる光スイッチや光メ
モリ、あるいは光信号演算処理装置などに適用できる非
線形光学媒質に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonlinear optical medium applicable to optical switches, optical memories, optical signal arithmetic processing devices, etc., which will be used in the future in optical information processing and optical communication systems.
【0002】[0002]
【従来の技術】非線形光学効果とは、物質に光が入射し
たときに、物質の電気分極Pが、下記式(数1)で書け
るのに対し、第2項以降の項により発現する効果をいう
ものである。2. Description of the Related Art The nonlinear optical effect means that when light is incident on a substance, the electric polarization P of the substance can be expressed by the following equation (Equation 1), while the effect expressed by the second and subsequent terms is expressed. It is something.
【0003】[0003]
【数1】 P=χ(1) E+χ(2) E2 +χ(3) E3 +・・・・[Equation 1] P = χ (1) E + χ (2) E 2 + χ (3) E 3 + ...
【0004】〔χ(i) はi次の電気感受率、Eは光の電
界強度〕 特に、第2項による第2高周波発生(SHG)や第3項
による第3高周波発生(THG)は波長変換効果として
よく知られているが、第3項は、また、光強度に応じた
光学定数の変化、例えば非線形屈折率効果や非線形吸収
効果を与えるものとして重要である。例えば、非線形屈
折率効果は物質の屈折率nが入射光強度に比例して変化
するものであり、下記式(数2)で記述される。[Χ (i) is the i-th order electric susceptibility, E is the electric field intensity of light] Especially, the second high frequency generation (SHG) according to the second term and the third high frequency generation (THG) according to the third term are wavelengths. Although well known as a conversion effect, the third term is also important for giving a change in optical constant according to light intensity, for example, a nonlinear refractive index effect or a nonlinear absorption effect. For example, the nonlinear refractive index effect is such that the refractive index n of a substance changes in proportion to the intensity of incident light, and is expressed by the following equation (Equation 2).
【0005】[0005]
【数2】n=n0 +n2 I(2) n = n 0 + n 2 I
【0006】(n0 は定数、n2 は非線形屈折率係数) この効果を示す媒質と、光共振器や偏光子あるいは反射
鏡など他の光学素子とを組合せると、光双安定素子や光
スイッチあるいは位相共役波発生器などの光情報処理や
光通信システムにおいて将来的に用いられる重要なデバ
イスの実現が可能である。(N 0 is a constant, n 2 is a non-linear refractive index coefficient) When a medium exhibiting this effect is combined with another optical element such as an optical resonator, a polarizer or a reflecting mirror, an optical bistable element or an optical bistable element is obtained. It is possible to realize important devices such as switches or phase conjugate wave generators that will be used in the future in optical information processing and optical communication systems.
【0007】このような非線形屈折率効果を示す媒質を
用いた非線形光学装置の従来例として、光双安定素子の
実例を図6を参照しながら以下に示す。すなわち図6は
従来の非線形光学装置(光双安定素子)の一例を示す構
成図である。As a conventional example of a nonlinear optical device using a medium exhibiting such a nonlinear refractive index effect, an actual example of an optical bistable element will be shown below with reference to FIG. That is, FIG. 6 is a block diagram showing an example of a conventional nonlinear optical device (optical bistable element).
【0008】図6の符号11は非線形屈折率を有する光
学媒質(非線形屈折率媒質)、42及び42′は非線形
屈折率媒質11の両面にコートされた反射率約90%の
誘電体蒸着ミラーである。この構成においては、入力光
の波長をわずかに変化させて共振条件を満足すると、入
力光強度Piに対して出力光Ptが図2及び図3に示し
た様な特性を持つ。Reference numeral 11 in FIG. 6 is an optical medium having a nonlinear refractive index (nonlinear refractive index medium), and 42 and 42 'are dielectric vapor deposition mirrors coated on both sides of the nonlinear refractive index medium 11 and having a reflectance of about 90%. is there. In this configuration, if the resonance condition is satisfied by slightly changing the wavelength of the input light, the output light Pt has the characteristics shown in FIGS. 2 and 3 with respect to the input light intensity Pi.
【0009】なお、図2及び図3は光双安定素子の動作
特性を、入力光Pi(横軸)と出力光Pt(縦軸)の関
係で示す図であって、図2はリミッタ動作を示し、図3
は双安定動作を示し、図中の矢印はPiの増加時、及び
減少時のPtの特性を現す経路を示す。2 and 3 are diagrams showing the operating characteristics of the optical bistable element in terms of the relationship between the input light Pi (horizontal axis) and the output light Pt (vertical axis). FIG. 2 shows the limiter operation. Shown in FIG.
Indicates a bistable operation, and the arrows in the figure show the paths that show the characteristics of Pt when Pi increases and when Pi decreases.
【0010】これらはそれぞれリミッタ動作及び双安定
動作に対応しており、光通信や光情報システムにおいて
入力光パルスの波形整形、光スイッチ、あるいは光信号
メモリ、光論理演算動作などへの応用が可能である。These correspond to a limiter operation and a bistable operation, respectively, and can be applied to waveform shaping of an input optical pulse, an optical switch, an optical signal memory, an optical logical operation operation, etc. in optical communication and an optical information system. Is.
【0011】ところで、この種の非線形光学装置におい
ては、特性として、使用可能な入力光波長並びに入力光
強度、更に光信号の強度変化に対して追随可能な応答時
間の3つの値が重要である。例えば図6中の非線形光学
媒質11としてGaAsとGaAlAsの半導体薄膜を
交互に繰返し成長させて作製した超格子結晶を用いた例
においては、結晶内で励起子が光吸収に伴って励起され
ることによって屈折率が光強度依存性を示すこと(吸収
非線形効果)を動作原理としているため、前記の式(数
1)の第3項の係数が大きく(すなわち3次非線形の効
率が高く)、動作に必要な入力光強度は5×104 W/
cm2 程度と小さくて済む点では優れているが、使用可能
な入力光波長が励起子吸収スペクトル近傍の極めて狭い
範囲に限られてしまうこと、及び応答時間が励起子寿命
により決定され、3×10-8secより高速の光信号処理
には使えないという問題点があった。By the way, in this type of non-linear optical device, three values of usable input light wavelength and input light intensity, and a response time capable of following changes in the intensity of an optical signal are important as characteristics. . For example, in the example using a superlattice crystal prepared by alternately and repeatedly growing semiconductor thin films of GaAs and GaAlAs as the nonlinear optical medium 11 in FIG. 6, excitons are excited in the crystal due to light absorption. Since the operating principle is that the refractive index shows light intensity dependence (absorption non-linear effect) by, the coefficient of the third term of the above formula (Equation 1) is large (that is, the efficiency of third-order nonlinearity is high), The required input light intensity is 5 × 10 4 W /
It is excellent in that it can be as small as about cm 2, but the usable input light wavelength is limited to an extremely narrow range near the exciton absorption spectrum, and the response time is determined by the exciton lifetime. There is a problem that it cannot be used for optical signal processing faster than 10 -8 sec.
【0012】また、非線形光学媒質として非線形光学液
体である二硫化炭素(CS2 )を満たしたガラスセルを
用い、前記誘電体蒸着ミラー42、42′の代りに、外
部ミラーを用いた別の従来例においては、光電界に応じ
た分子の回転配列により屈折率が光強度依存性を示すこ
と(分子回転非線形効果)を動作原理としているため、
使用可能な入力光波長が可視から近赤外域の広い範囲に
わたるという点では優れているものの、3次非線形の効
果がそれ程高くなく、動作に必要な入力光強度が108
W/cm2 程度と大きくなること、及び応答時間が分子の
回転緩和時間により決定され、10-11 〜10-12 sec
より高速の光信号処理には使えないという問題点があっ
た。In addition, another conventional method is used in which a glass cell filled with carbon disulfide (CS 2 ) which is a non-linear optical liquid is used as the non-linear optical medium, and an external mirror is used in place of the dielectric vapor deposition mirrors 42 and 42 '. In the example, the operating principle is that the refractive index shows the light intensity dependence due to the rotational arrangement of molecules according to the optical electric field (molecular rotation nonlinear effect).
Although it is excellent in that the usable input light wavelength covers a wide range from the visible region to the near infrared region, the third-order nonlinear effect is not so high, and the input light intensity required for operation is 10 8
It is as large as W / cm 2 and the response time is determined by the rotational relaxation time of the molecule, which is 10 -11 to 10 -12 sec.
There is a problem that it cannot be used for higher speed optical signal processing.
【0013】以上のことから明らかなように、非線形光
学装置の性能は、非線形光学材料の特性によってほとん
ど決定される。したがって、使用可能な波長範囲が広
く、3次非線形の効率が高く、動作に必要な入力光強度
が小さく、応答時間が短い非線形光学媒質の開発が熱望
され、それに向けて活発な研究が行われているのが現状
である。As is clear from the above, the performance of the nonlinear optical device is mostly determined by the characteristics of the nonlinear optical material. Therefore, the development of a nonlinear optical medium that has a wide usable wavelength range, high third-order nonlinear efficiency, low input light intensity required for operation, and short response time is eagerly awaited, and active research is being conducted toward that end. Is the current situation.
【0014】3次非線形効果を示す材料のうちでも、ベ
ンゼン環や2重あるいは3重結合などのπ共役高分子材
料が最近特に注目されている。例えば、ポリジアセチレ
ン−ビス(パラトルエンスルホネート)(略称PTS)
では、3次効果の定数χ(3)は、10-10 esu 〔非線形
屈折率係数に換算すると、n2 =2×10-12 (W/cm
2 ) -1となる〕の値をもち、上記のCS2 液体より2桁
大きい。更に、この非線形効果のメカニズムが吸収によ
るものでなく、かつ分子や結晶格子との相互作用による
ものでもなく、純粋に電子分極に由来するものであるた
めに、光信号の強度変化に追随可能な応答時間が10
-14 sec と極めて高速であり、かつ使用可能な入力光波
長も0.65μm付近から2.0μm以上の広い範囲に
わたっているという優れた特性を持っている。Among materials exhibiting the third-order nonlinear effect, π-conjugated polymer materials such as benzene rings and double or triple bonds have recently attracted particular attention. For example, polydiacetylene-bis (paratoluenesulfonate) (abbreviation PTS)
Then, the third-order effect constant χ (3) is 10 −10 esu [converted into a nonlinear refractive index coefficient, n 2 = 2 × 10 −12 (W / cm 2
2 ) -1 ], which is two orders of magnitude larger than the above CS 2 liquid. Furthermore, since the mechanism of this non-linear effect is not due to absorption and interaction with molecules or crystal lattices but is purely due to electronic polarization, it is possible to follow the intensity change of the optical signal. Response time is 10
It has an extremely high speed of -14 sec, and has the excellent characteristics that the usable input light wavelength covers a wide range from around 0.65 μm to over 2.0 μm.
【0015】しかしながら、上記PTSなどのポリジア
セチレンは、一般に結晶性高分子であるために、光学装
置の媒質として用いる場合には媒質全体が単結晶となっ
ていることが必要である。もし、媒質の一部に非晶質部
が存在したり、全体が多結晶状態になっていて微小な単
結晶の集合体であったりすると、入射光の散乱損失が増
大してしまい、使いものにならない。したがって、ポリ
ジアセチレンを用いた光学装置を製造するに当っては、
目的に応じた大型結晶の育成あるいは薄膜結晶化などの
技術が不可欠であり、更に、これらの結晶が得られた場
合でも、結晶を切断したり表面を研磨したりする加工技
術を確立することが必要である。ポリジアセチレンに関
するこれらの周辺技術は今のところまだ解決されていな
い。したがって、ポリジアセチレンを用いた非線形光学
装置はまだ実用に供せられるものは一つも実現していな
い。However, since polydiacetylene such as PTS is generally a crystalline polymer, it is necessary that the entire medium is a single crystal when used as a medium of an optical device. If there is an amorphous part in a part of the medium or if the whole is a polycrystalline state and is an aggregate of minute single crystals, the scattering loss of incident light increases and it becomes useful. I won't. Therefore, in manufacturing an optical device using polydiacetylene,
Techniques such as growth of large crystals or thin film crystallization according to the purpose are indispensable, and even if these crystals are obtained, it is necessary to establish a processing technique for cutting the crystals or polishing the surface. is necessary. These peripheral technologies for polydiacetylene have not yet been resolved. Therefore, none of the non-linear optical devices using polydiacetylene has yet been put to practical use.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
かんがみてなされたもので、従来の光双安定素子を始め
とする、光スイッチ、位相共役波発生装置などの非線形
屈折率を利用した非線形光学装置における問題点、すな
わち、前記したような使用波長制限、低速応答性、高動
作入力光強度、あるいは所望の形状の光学媒質を容易に
入手できないこと、などの欠点を除去することを課題と
するものであり、その目的は、使用波長範囲が広く、高
速応答性を有し、かつ動作入力光強度が小さい実用に供
し得る高性能非線形光学装置に適用できる非線形光学媒
質を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances and utilizes a nonlinear refractive index of a conventional optical bistable element, an optical switch, a phase conjugate wave generator or the like. An object of the present invention is to eliminate the problems in the nonlinear optical device, that is, the drawbacks such as the wavelength limitation, the low speed response, the high operating input light intensity, or the inability to obtain an optical medium having a desired shape as described above. An object of the present invention is to provide a non-linear optical medium applicable to a high-performance non-linear optical device which has a wide operating wavelength range, has a high-speed response, and has a small operating input light intensity and which can be put to practical use. is there.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は非線形光学装置用光学媒質に関する発明であっ
て、分子の片端にテトラヒドロキノリン環を有し、か
つ、分子中に少なくとも1つのナフタレン環を有するト
リスアゾ系二色性色素を含有することを特徴とする。Briefly, the present invention relates to an optical medium for a nonlinear optical device, which has a tetrahydroquinoline ring at one end of a molecule and has at least one tetrahydroquinoline ring in the molecule. It is characterized by containing a trisazo-based dichroic dye having a naphthalene ring.
【0018】本発明は、非線形屈折率を有する光学媒質
と光共振器や偏光子あるいは反射鏡などの光学素子とで
構成される非線形光学装置において、光学媒質として特
定の液晶表示用二色性色素を用いることを特徴とするも
のである。The present invention relates to a non-linear optical device composed of an optical medium having a non-linear refractive index and an optical element such as an optical resonator, a polarizer or a reflecting mirror, and a specific dichroic dye for liquid crystal display as the optical medium. It is characterized by using.
【0019】液晶表示用二色性色素は、ゲストホスト
(GH)型の液晶表示に使用されている特殊な色素であ
り、液晶の配向方向へ色素分子が配向固定化されるよう
直線的で剛直な分子構造をしていることが特徴であり、
アゾ結合でπ共役系を伸ばしたものが多い。二色性発現
の基礎となるのは、可視域に強い光吸収遷移モーメント
を示すπ共役系を有し、かつその遷移モーメントの方向
が、分子長軸と一致するように分子設計されていること
である。また、実用上有用な深色性を付与するためには
π共役鎖内にナフタレン環を導入する方法がとられてい
る。更に、ホスト液晶への溶解性を高めるために、通常
用いられるアニリン誘導体の代りにテトラヒドロキノリ
ン環を用いたり、分子末端にフレキシブルなアルキル基
の導入が行われている。特に、電子供与性のテトラヒド
ロキノリン環は、溶解性向上に寄与するばかりでなく、
二色性・深色性向上に不可欠な窒素原子のローンペアと
ベンゼン環の共役を保持する働きがあり、有用である。The dichroic dye for liquid crystal display is a special dye used for guest-host (GH) type liquid crystal display and is linear and rigid so that the dye molecules are fixed in the alignment direction of the liquid crystal. It has a characteristic molecular structure,
In many cases, the π-conjugated system is extended by an azo bond. The basis for the development of dichroism is that the molecule has a π-conjugated system that exhibits a strong light absorption transition moment in the visible region, and that the transition moment direction is aligned with the long axis of the molecule. Is. In addition, a method of introducing a naphthalene ring into a π-conjugated chain has been adopted in order to impart a practically useful bathochromic property. Further, in order to improve the solubility in the host liquid crystal, a tetrahydroquinoline ring is used in place of the commonly used aniline derivative, or a flexible alkyl group is introduced at the molecular end. In particular, the electron-donating tetrahydroquinoline ring not only contributes to improving the solubility,
It is useful because it has the function of retaining the conjugation of the benzene ring and the nitrogen atom loan pair, which is essential for improving dichroism and bathochromism.
【0020】ここにおいて、本発明者らは、以上説明し
たような液晶表示用二色性色素の分子構造上の特徴、す
なわち、剛直なπ共役系をもつこと、可視域に強い
吸収をもつこと、光吸収の遷移モーメントがπ共役鎖
と同一方向にあることが、3次の非線形光学効果を大き
くする要素と完全に一致していることを見出した。更
に、液晶表示用二色性色素の深色性・溶解性向上の分子
設計、すなわち、π共役系内にナフタレン環を導入す
ること、あるいは分子末端にテトラヒドロキノリン環
やアルキル基を置換することは、溶解性低下を伴うπ共
役鎖拡張法に対抗する手段であり、この方法は、π共役
高分子のような長い剛直鎖を用いずに大きな3次効果の
定数χ(3) を得る上で極めて有効な分子設計であること
を見出した。Here, the present inventors have characterized the molecular structure of the dichroic dye for liquid crystal display as described above, that is, have a rigid π-conjugated system and have strong absorption in the visible region. , It was found that the transition moment of light absorption is in the same direction as the π-conjugated chain is completely in agreement with the factor that increases the third-order nonlinear optical effect. Furthermore, the molecular design for improving the bathochromicity / solubility of the dichroic dye for liquid crystal display, that is, introducing a naphthalene ring into the π-conjugated system or substituting a tetrahydroquinoline ring or an alkyl group at the molecular end is not possible. , Is a means to counter the π-conjugated chain expansion method with reduced solubility. This method is effective in obtaining a large third-order effect constant χ (3) without using long rigid linear chains such as π-conjugated polymers. It was found to be an extremely effective molecular design.
【0021】加うるに、ナフタレン環及びテトラヒドロ
キノリン環を有する二色性色素は、その実用上の要求か
ら、力学的、熱的、電気的な耐久性に優れる分子構造を
しており、レーザ耐性、素子加工上のプロセス耐性を要
求される非線形光学材料として使用する際にも好都合で
ある。In addition, the dichroic dye having a naphthalene ring and a tetrahydroquinoline ring has a molecular structure excellent in mechanical, thermal and electrical durability, and is laser resistant, because of its practical requirements. It is also convenient when used as a non-linear optical material that requires process resistance in device processing.
【0022】本発明の第一の特徴は、ナフタレン環及び
テトラヒドロキノリン環を有する二色性色素の3次非線
形感受率〔χ(3) 〕が、π共役高分子と同等の10-10
esu以上という極めて大きな値であることをはじめて明
らかにしたことである。また、その大きな3次非線形光
学効果故に非線形屈折率係数(n2 )が大きな値となる
ことを確認し、これら二色性色素を非線形光学媒質とし
て、光双安定素子、光スイッチ、位相共役波発生器など
の非線形光学装置を構成し、それらが実用に供し得るこ
とを明らかにしたことが、第二の特徴である。The first feature of the present invention is that the dichroic dye having a naphthalene ring and a tetrahydroquinoline ring has a third-order nonlinear susceptibility [χ (3) ] of 10 −10 equivalent to that of a π-conjugated polymer.
This is the first clarification that it is an extremely large value of esu or more. In addition, it was confirmed that the nonlinear refractive index coefficient (n 2 ) has a large value due to the large third-order nonlinear optical effect, and these dichroic dyes are used as nonlinear optical media, and optical bistable elements, optical switches, phase conjugate waves are used. The second characteristic is to construct a nonlinear optical device such as a generator and to clarify that they can be put to practical use.
【0023】更に、本発明の光学媒質は、上記した特定
のトリスアゾ系二色性色素とポリメタクリル酸メチルに
より構成されていてもよい。Further, the optical medium of the present invention may be composed of the above specific trisazo dichroic dye and polymethylmethacrylate.
【0024】[0024]
【実施例】以下、実施例を用いて本発明に係わる二色性
色素の3次の非線形光学特性及び当該色素を非線形光学
装置用非線形光学媒質として使用した場合の特徴を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。EXAMPLES The third-order nonlinear optical characteristics of the dichroic dye according to the present invention and the features when the dye is used as a nonlinear optical medium for a nonlinear optical device will be described in detail below with reference to Examples. The invention is not limited to these examples.
【0025】実施例1 下記式(化1)で表される分子構造のトリスアゾ二色性
色素をキシレンに溶かし、スピンコート法によりガラス
基板上に塗布し、厚さ210Åの青色膜を作製した。T
HGメーカ・フリンジ法により、この膜のχ(3) を評価
した。通信波長1.55μmでのχ(3) 値は、4×10
-10 esu であった。この値を非線形屈折率係数n2 に換
算すると、10-12 (W/cm2 )-1以上となり、CS2
液体より2桁以上大きいPTSに匹敵する。非線形光学
効果のメカニズムがPTSと同じに純粋の電子分極によ
ることを考えると、本材料の応答時間はPTSと同様に
10-14 sec 程度と推測され、充分な高速性をも備えて
いる。Example 1 A trisazo dichroic dye having a molecular structure represented by the following formula (Formula 1) was dissolved in xylene and applied on a glass substrate by a spin coating method to form a blue film having a thickness of 210Å. T
Χ (3) of this film was evaluated by the HG maker fringe method. Χ (3) value at communication wavelength 1.55 μm is 4 × 10
It was -10 esu. When this value is converted into a nonlinear refractive index coefficient n 2 , it becomes 10 −12 (W / cm 2 ) −1 or more, and CS 2
It is comparable to PTS, which is more than two orders of magnitude larger than liquid. Considering that the mechanism of the nonlinear optical effect is due to pure electronic polarization as in PTS, the response time of this material is estimated to be about 10 −14 sec as in PTS, and it also has sufficient high speed.
【0026】[0026]
【化1】 [Chemical 1]
【0027】実施例2 図1は本発明の実施例1に示した二色性色素を光学媒質
として用いたときの非線形光学装置の実施例を説明する
図であって、本発明で用いる非線形屈折率媒質11は下
記に述べる方法により作製した非線形光学フィルムであ
り、本装置は、入力光を約90%反射し、残りを透過さ
せる誘電体多層蒸着膜ミラー12、12′を対向させて
配置した外部光共振器となっている。前記二色性色素フ
ィルムの作製法について述べる。実施例1に示した二色
性色素のジメチルアセトアミド(DMAc)溶液とポリ
メタクリル酸メチル(PMMA)のクロロベンゼン溶液
を用意し、色素とPMMAを混合し、この混合溶液をフ
ラットシャーレに注ぎ、窒素気流下でゆっくり溶媒を蒸
散させた後、減圧乾燥することによって、色素含有率2
〜25wt%PMMAフィルム(膜厚:1mm)を得た。Example 2 FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a non-linear optical device when the dichroic dye shown in Example 1 of the present invention is used as an optical medium, and the non-linear refraction used in the present invention is shown. The index medium 11 is a non-linear optical film produced by the method described below, and in this device, dielectric multilayer vapor-deposition film mirrors 12 and 12 'which reflect about 90% of input light and transmit the rest are arranged to face each other. It is an external optical resonator. The method for producing the dichroic dye film will be described. A dimethylacetamide (DMAc) solution of the dichroic dye and a chlorobenzene solution of polymethylmethacrylate (PMMA) shown in Example 1 were prepared, the dye and PMMA were mixed, and this mixed solution was poured into a flat Petri dish, and a nitrogen stream was introduced. After the solvent was slowly evaporated under the following conditions, the dye content was reduced to 2 by drying under reduced pressure.
A ˜25 wt% PMMA film (film thickness: 1 mm) was obtained.
【0028】以下に述べる本発明の実施例は、特に断ら
ない限り、実施例1に示した二色性色素を17wt%含有
する厚さ1mmのPMMAフィルムを用いて行った。Unless otherwise specified, the examples of the present invention described below were carried out by using a 1 mm thick PMMA film containing 17 wt% of the dichroic dye shown in Example 1.
【0029】この様にして非線形光学装置用の10×1
0×1mm3 程度の大きさのフィルム状の光学媒質を得
た。図1に示した装置を動作させるには、前記従来例図
6と同様、入力光波長をわずか変化させるか、あるいは
共振器長(ミラー間隔)をわずか変化させて共振条件を
調整すれば良い。本実施例の場合にはNd3+−YAGレ
ーザからの1.064μmの光を使用したので、調整は
共振器長を変化させる方法によった。入力光強度Piと
出力光強度Ptとの間には図2及び図3で示したような
リミッタ動作及び双安定動作が得られた。In this way, 10 × 1 for a nonlinear optical device
A film-like optical medium having a size of about 0 × 1 mm 3 was obtained. In order to operate the device shown in FIG. 1, the resonance condition may be adjusted by slightly changing the input light wavelength or slightly changing the resonator length (mirror interval) as in the case of FIG. 6 of the conventional example. In the case of the present embodiment, since 1.064 μm light from the Nd 3+ -YAG laser was used, the adjustment was performed by changing the resonator length. The limiter operation and the bistable operation as shown in FIGS. 2 and 3 were obtained between the input light intensity Pi and the output light intensity Pt.
【0030】動作に必要な最小入力光強度(Pimin )
は解析的に、下記式(数3)で与えられる。The minimum input light intensity necessary for the operation (Pi min)
Is analytically given by the following equation (3).
【0031】[0031]
【数3】Pimin =(Kλ)/(n2 l)## EQU3 ## Pi min = (Kλ) / (n 2 l)
【0032】〔但し、λは光の波長、lは光学媒質長、
K(〜0.001)は鏡の反射率と共振器長調整で決ま
る係数〕本実施例ではλ=1.064μm、l=1mmで
あるから、Pimin は約107W/cm2 となった。実効
出力300mW(パルス発振)、発振波長0.83μmの
半導体レーザを光源とする場合、ビーム径を1μmまで
絞り込むと、光強度は3.8×107 W/cm2 と計算さ
れ、この波長における上記非線形光学装置のPimin の
値より充分大きい。実際、本非線形光学装置は半導体レ
ーザを光源とした場合にも動作可能であった。[Where λ is the wavelength of light, l is the optical medium length,
K (-0.001) is a coefficient determined by the reflectance of the mirror and the resonator length adjustment] In this embodiment, λ = 1.064 µm and l = 1 mm, so Pi min is about 10 7 W / cm 2. It was When a semiconductor laser with an effective output of 300 mW (pulse oscillation) and an oscillation wavelength of 0.83 μm is used as the light source, if the beam diameter is narrowed to 1 μm, the light intensity is calculated to be 3.8 × 10 7 W / cm 2, and at this wavelength It is sufficiently larger than the value of Pi min of the above nonlinear optical device. In fact, this nonlinear optical device could operate even when a semiconductor laser was used as the light source.
【0033】本材料の応答時間tは10-14 seu 程度と
推測されることについては既に述べた。但し、装置とし
ての反応時間は、この媒質応答時間tと共振器内光子寿
命tpとの大きい方の値で決まる。共振器内光子寿命t
pは、下記式(数4)から計算される。It has already been described that the response time t of this material is estimated to be about 10 -14 seu. However, the reaction time of the device is determined by the larger value of the medium response time t and the intracavity photon lifetime tp. Intracavity photon lifetime t
p is calculated from the following equation (Equation 4).
【0034】[0034]
【数4】tp=−lop/(C ln R)(4) tp = -lop / (C ln R)
【0035】(但し、lopは共振器の光学長、Cは光
速、Rはミラーの反射率)本実施例の実験条件では、式
(数4)からtpは6×10-11 sec と求められた。t
p>tなので、この値が装置の応答時間となる。本実施
例においては、応答時間は10-10 sec より短いことが
確認された。(Where lop is the optical length of the resonator, C is the speed of light, and R is the reflectivity of the mirror) Under the experimental conditions of this embodiment, tp was calculated to be 6 × 10 -11 sec from the equation (Equation 4). It was t
Since p> t, this value becomes the response time of the device. In this example, it was confirmed that the response time was shorter than 10 -10 sec.
【0036】実施例3 図4は、実施例1に示した液晶表示用二色性色素を光学
媒質として用いた時の光制御光スイッチの実施例を説明
する図である。図中の符号21と21′は互いに偏光軸
が直交するよう配置された2枚の偏光子からなる直交偏
光子系であり、11は前記実施例2にて得られた媒質で
ある。この構成においては、ゲートパルス光Pgが入射
している間だけ直交偏光子21を通過した直線偏光が、
非線形屈折率媒質11の屈折率変化によって偏光角の回
転を受け、直交偏光子21′を通過する。すなわち入射
光はゲート光によって光スイッチされる。本装置におい
ても、使用可能波長範囲、応答時間、及び動作入力光強
度(ゲートパルス光)の値は重要であるが、使用可能波
長範囲及び応答時間について極めて優れていることは実
施例2より明らかであって改めて説明するまでもない。Example 3 FIG. 4 is a diagram for explaining an example of an optically controlled optical switch when the dichroic dye for liquid crystal display shown in Example 1 is used as an optical medium. Reference numerals 21 and 21 'in the figure are orthogonal polarizer systems each including two polarizers arranged so that their polarization axes are orthogonal to each other, and 11 is the medium obtained in the second embodiment. In this configuration, linearly polarized light that has passed through the orthogonal polarizer 21 only while the gate pulse light Pg is incident is
The polarization angle is rotated by the change in the refractive index of the non-linear refractive index medium 11, and passes through the orthogonal polarizer 21 '. That is, the incident light is optically switched by the gate light. Also in this device, the usable wavelength range, the response time, and the value of the operation input light intensity (gate pulse light) are important, but it is clear from Example 2 that the usable wavelength range and the response time are extremely excellent. It goes without saying.
【0037】必要なゲートパルス光強度(Pπ/2)は解
析的に、下記式(数5)で与えられる。The required gate pulse light intensity (Pπ / 2 ) is analytically given by the following equation (Equation 5).
【0038】[0038]
【数5】Pπ/2=λ/(2×n2 l)[Equation 5] Pπ / 2 = λ / (2 × n 2 l)
【0039】本実施例ではλ=1.064μm、l=1
mmであるから、Pπ/2は約109 W/cm2 となった。実
際には、これより低いゲートパルス光強度においても、
透過率Tが、下記式(数6)に従う。In this embodiment, λ = 1.064 μm and l = 1
Since it is mm, Pπ / 2 was about 10 9 W / cm 2 . In fact, even at lower gate pulse intensity,
The transmittance T follows the following formula (Equation 6).
【0040】[0040]
【数6】T= sin2 {(Pi/Pπ/2)×π/2}[Equation 6] T = sin 2 {(Pi / Pπ / 2 ) × π / 2}
【0041】そこで、ビーム径を絞り込んだ半導体レー
ザ光によっても動作可能であることがわかった。Therefore, it was found that the semiconductor laser light whose beam diameter was narrowed down could also be operated.
【0042】実施例4 図5は、実施例1に示した二色性色素を光学媒質として
用いたときの位相共役波発生装置実施例を説明する図で
ある。図中符号31と31′は半透過鏡、32は全反射
鏡、11は実施例2にて得られた光学媒質である。この
構成は縮退4光波混合と呼ばれる光学配置であって、非
線形屈折率をもつ媒質に、A1 、A2 (A1 と反対方
向)、Ap(傾入射)の3つの光波が入射すると、Ap
に対して空間位相項のみが共役である第4の光波(A
c)が発生する。この位相共役波は画像情報処理技術に
おける像修正や、実時間ホログラフィなどの有効な手段
として注目されている〔オー プラス イー(O plus
E)3月号、第73頁(1982)〕。Example 4 FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a phase conjugate wave generator when the dichroic dye shown in Example 1 is used as an optical medium. In the figure, reference numerals 31 and 31 'are semitransparent mirrors, 32 is a total reflection mirror, and 11 is an optical medium obtained in the second embodiment. This configuration is an optical arrangement called degenerate four-wave mixing, and when three light waves A 1 , A 2 (opposite direction to A 1 ) and Ap (tilt incidence) enter a medium having a nonlinear refractive index, Ap
To the fourth light wave (A
c) occurs. This phase conjugate wave is drawing attention as an effective means for image correction and real-time holography in image information processing technology [O plus (O plus
E) March issue, page 73 (1982)].
【0043】[0043]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係わるナフタレン環及びテトラヒドロキノリン環を有す
る二色性色素は、極めて応答速度が速く、かつ大きな非
線形屈折率を持ち、更に非線形屈折率媒質としての優れ
た光透過及び加工性を有している。したがって、ナフタ
レン環及びテトラヒドロキノリン環を有する二色性色素
のフィルムは、光双安定素子、光スイッチ、あるいは位
相共役波発生装置など将来の光情報処理あるいは光通信
分野で重要な非線形光学装置用光学媒質として適用でき
る。これにより、本発明のナフタレン環及びテトラヒド
ロキノリン環を有する二色性色素を含む光学媒質は、従
来の非線形光学液体や半導体超格子結晶を用いた装置に
比較して、波長依存性、応答速度、動作に必要な入力光
強度などの点で格段に優れた装置を実現することがで
き、現存の半導体レーザを光源として駆動させ得るとい
う実用的価値のある非線形光学装置を構成することがで
きる。As described above in detail, the dichroic dye having a naphthalene ring and a tetrahydroquinoline ring according to the present invention has an extremely fast response speed and a large nonlinear refractive index, and further has a nonlinear refractive index. It has excellent light transmission and processability as a medium. Therefore, a film of a dichroic dye having a naphthalene ring and a tetrahydroquinoline ring can be used for an optical bistable device, an optical switch, a phase conjugate wave generator, or another optical device for nonlinear optical devices important in the future optical information processing or optical communication fields. It can be applied as a medium. As a result, the optical medium containing the dichroic dye having the naphthalene ring and the tetrahydroquinoline ring of the present invention has a wavelength dependency, a response speed, a response speed, as compared with a device using a conventional nonlinear optical liquid or a semiconductor superlattice crystal. It is possible to realize a device which is remarkably excellent in terms of the intensity of input light necessary for operation, and it is possible to configure a non-linear optical device of practical value that can drive an existing semiconductor laser as a light source.
【図1】本発明の光学媒質(非線形屈折率媒質)を用い
た非線形光学装置に係わる1実施例を示す光双安定素子
の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an optical bistable element showing one example of a nonlinear optical device using an optical medium (nonlinear refractive index medium) of the present invention.
【図2】光双安定素子のリミッタ動作特性を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing a limiter operation characteristic of an optical bistable element.
【図3】光双安定素子の双安定動作特性を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing bistable operation characteristics of an optical bistable element.
【図4】本発明の光学媒質(非線形屈折率媒質)を用い
た非線形光学装置に係わる第2実施例を示すもので、光
制御光スイッチの構成図である。FIG. 4 shows a second embodiment of the nonlinear optical device using the optical medium (nonlinear refractive index medium) of the present invention, and is a configuration diagram of an optical control optical switch.
【図5】本発明の光学媒質(非線形屈折率媒質)を用い
た非線形光学装置に係わる第3実施例を示すもので、位
相共役波発生装置の構成図である。FIG. 5 shows a third embodiment of a nonlinear optical device using an optical medium (nonlinear refractive index medium) of the present invention, and is a configuration diagram of a phase conjugate wave generator.
【図6】従来の非線形光学装置(光双安定素子)の一例
を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a conventional nonlinear optical device (optical bistable element).
11…非線形屈折率媒質、12及び12′…(外部)誘
電体多層蒸着膜ミラー、Pi…入力光、Pt…出力光、
21及び21′…偏光子(直交偏光子系を構成してい
る)、Pg…ゲートパルス光、31及び31′…半透過
鏡、32…全反射鏡、42及び42′…誘電体蒸着ミラ
ー(反射率約90%)11 ... Non-linear refractive index medium, 12 and 12 '... (External) dielectric multilayer vapor deposition film mirror, Pi ... Input light, Pt ... Output light,
21 and 21 '... Polarizer (constituting orthogonal polarizer system), Pg ... Gate pulse light, 31 and 31' ... Semi-transmissive mirror, 32 ... Total reflection mirror, 42 and 42 '... Dielectric vapor deposition mirror ( (Reflectance about 90%)
Claims (2)
有し、かつ、分子中に少なくとも1つのナフタレン環を
有するトリスアゾ系二色性色素を含有することを特徴と
する非線形光学装置用光学媒質。1. An optical medium for a nonlinear optical device comprising a trisazo dichroic dye having a tetrahydroquinoline ring at one end of the molecule and at least one naphthalene ring in the molecule.
媒質において、該媒質が、テトラヒドロキノリン環及び
1つ以上のナフタレン環を有するトリスアゾ系二色性色
素とポリメタクリル酸メチルにより構成されることを特
徴とする非線形光学装置用光学媒質。2. The optical medium for a nonlinear optical device according to claim 1, wherein the medium is composed of a trisazo dichroic dye having a tetrahydroquinoline ring and at least one naphthalene ring, and polymethyl methacrylate. An optical medium for a non-linear optical device characterized by the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18736292A JPH063715A (en) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | Optical medium for nonlinear optical devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18736292A JPH063715A (en) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | Optical medium for nonlinear optical devices |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063715A true JPH063715A (en) | 1994-01-14 |
Family
ID=16204670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18736292A Pending JPH063715A (en) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | Optical medium for nonlinear optical devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063715A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006138920A (en) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Nidek Co Ltd | Colorant for ophthalmic lens and colored ophthalmic lens material using the colorant |
| CN116284904A (en) * | 2023-02-21 | 2023-06-23 | 西安交通大学 | A kind of quinoline small molecule blending modified polymer dielectric material and its preparation method and application |
-
1992
- 1992-06-23 JP JP18736292A patent/JPH063715A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006138920A (en) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Nidek Co Ltd | Colorant for ophthalmic lens and colored ophthalmic lens material using the colorant |
| CN116284904A (en) * | 2023-02-21 | 2023-06-23 | 西安交通大学 | A kind of quinoline small molecule blending modified polymer dielectric material and its preparation method and application |
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