JPH063715A - 非線形光学装置用光学媒質 - Google Patents
非線形光学装置用光学媒質Info
- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- nonlinear
- medium
- optical device
- refractive index
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【０００３】
【数１】 Ｐ＝χ(1) Ｅ＋χ(2) Ｅ2 ＋χ(3) Ｅ3 ＋・・・・
【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。
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。
【０００５】
【数２】ｎ＝ｎ0 ＋ｎ2 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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００２６】
【化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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
は解析的に、下記式（数３）で与えられる。
【００３１】
【数３】Ｐｉmin ＝（Ｋλ）／（ｎ2 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。
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。
【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。
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。
【００３４】
【数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。
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。
【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。
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。
【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。
析的に、下記式（数５）で与えられる。
【００３８】
【数５】Ｐπ/2＝λ／（２×ｎ2 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。
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。
【００４０】
【数６】Ｔ＝ sin2 ｛（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。
ザ光によっても動作可能であることがわかった。
【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）〕。
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）〕。
【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。
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。
【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。
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。
【図２】光双安定素子のリミッタ動作特性を示す図であ
る。
る。
【図３】光双安定素子の双安定動作特性を示す図であ
る。
る。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
を示す構成図である。
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％）
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％）
Claims (2)
- 【請求項１】 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
する非線形光学装置用光学媒質。 - 【請求項２】 請求項１に記載の非線形光学装置用光学
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18736292A JPH063715A (ja) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | 非線形光学装置用光学媒質 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18736292A JPH063715A (ja) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | 非線形光学装置用光学媒質 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063715A true JPH063715A (ja) | 1994-01-14 |
Family
ID=16204670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18736292A Pending JPH063715A (ja) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | 非線形光学装置用光学媒質 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063715A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006138920A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Nidek Co Ltd | 眼用レンズ用着色剤、及び該着色剤を用いた着色眼用レンズ材料 |
| CN116284904A (zh) * | 2023-02-21 | 2023-06-23 | 西安交通大学 | 一种喹啉类小分子共混改性的聚合物电介质材料及其制备方法和应用 |
-
1992
- 1992-06-23 JP JP18736292A patent/JPH063715A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006138920A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Nidek Co Ltd | 眼用レンズ用着色剤、及び該着色剤を用いた着色眼用レンズ材料 |
| CN116284904A (zh) * | 2023-02-21 | 2023-06-23 | 西安交通大学 | 一种喹啉类小分子共混改性的聚合物电介质材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS63121827A (ja) | 非線形光学デバイス | |
| US4999139A (en) | Organic nonlinear optical material and nonlinear optical device | |
| JP2676379B2 (ja) | ３次非線形光学材料および素子 | |
| JP2565964B2 (ja) | 非線形光学装置用光学媒質 | |
| CN1057616C (zh) | 对ⅱ型相位匹配提高钛氧基磷酸钾及其同形体的双折射 | |
| JP3207534B2 (ja) | 非線形光学装置用光学媒質 | |
| JP3271463B2 (ja) | 非線形光学材料及び非線形光学装置 | |
| JPH04251830A (ja) | 有機光論理素子 | |
| US5167000A (en) | Optical wavelength converter | |
| JPH05297426A (ja) | 非線形光学材料および非線形光学装置 | |
| Lytel et al. | Advances in Organic Electro-Optic Devices | |
| JP2592926B2 (ja) | 非線形光学装置 | |
| JP2592908B2 (ja) | 非線形光学装置 | |
| JP2672850B2 (ja) | 非線形光学装置 | |
| Yamamoto et al. | Linear and nonlinear optical properties of a new organic crystal, N-(4-aminobenzenesulfonyl) acetamide | |
| JP3273476B2 (ja) | 非線形光学装置および非線形光学導波路 | |
| JPH02130537A (ja) | 非線形光学装置 | |
| JPH0321934A (ja) | 非線形光学装置 | |
| Wang et al. | Design and modeling of asymmetric Fabry-Perot electrooptic modulators containing a polymeric film | |
| JP3249208B2 (ja) | 非線形光学装置 | |
| JPS62211622A (ja) | 非線形光学装置 | |
| JPS6118933A (ja) | 光波長変換器 | |
| Watanabe et al. | Phase-Matched Second Harmonic Generation in Organic Materials | |
| Sasabe et al. | Photonics and organic nanostructures | |
| JPH07104326A (ja) | 非線形光学材料および非線形光学装置 |