JPH07181531A - 分子性結晶およびそれを用いた波長変換デバイス - Google Patents
分子性結晶およびそれを用いた波長変換デバイスInfo
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- JPH07181531A JPH07181531A JP32814293A JP32814293A JPH07181531A JP H07181531 A JPH07181531 A JP H07181531A JP 32814293 A JP32814293 A JP 32814293A JP 32814293 A JP32814293 A JP 32814293A JP H07181531 A JPH07181531 A JP H07181531A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶における光吸収が390nm以下の短波
長域に存在し、結晶性・加工性がよく、光波長変換素子
に適した反転対称性のない分子配列を有する有機分子性
結晶体を提供する。 【構成】 下記の式(1)で表される化合物から成り、
正方晶系であり且つ空間群P41に属する有機分子性結
晶体。該有機分子性結晶体は光波長変換素子として有用
である。 【化1】
長域に存在し、結晶性・加工性がよく、光波長変換素子
に適した反転対称性のない分子配列を有する有機分子性
結晶体を提供する。 【構成】 下記の式(1)で表される化合物から成り、
正方晶系であり且つ空間群P41に属する有機分子性結
晶体。該有機分子性結晶体は光波長変換素子として有用
である。 【化1】
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光情報処理の
分野における、レーザ光の波長変換やパラメトリック増
幅等に有用な非線形光学材料に関する。さらに詳しく
は、本発明は非線形光学材料として有用な分子性結晶体
に関する。また、本発明は、分子性結晶体を非線形光学
素子として用いた、レーザ光の波長変換デバイスに関す
るものである。
分野における、レーザ光の波長変換やパラメトリック増
幅等に有用な非線形光学材料に関する。さらに詳しく
は、本発明は非線形光学材料として有用な分子性結晶体
に関する。また、本発明は、分子性結晶体を非線形光学
素子として用いた、レーザ光の波長変換デバイスに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光エレクトロニクスの分野におい
て非線形光学材料が注目されている。非線形光学材料と
は、物質と光との相互作用により、物質が光に対して非
線形な応答を生じる材料である。特に、2次の非線形光
学効果である第2高調波発生(SHG)や1次の電気光
学(EO)効果(ポッケルス効果)を利用すると、入射
するレーザ光の波長を1/2に変換したり、電気光学変
調や光スイッチング等に応用できる。そこで、これらの
効果を有する非線形光学デバイスに関する研究が活発に
行われている。
て非線形光学材料が注目されている。非線形光学材料と
は、物質と光との相互作用により、物質が光に対して非
線形な応答を生じる材料である。特に、2次の非線形光
学効果である第2高調波発生(SHG)や1次の電気光
学(EO)効果(ポッケルス効果)を利用すると、入射
するレーザ光の波長を1/2に変換したり、電気光学変
調や光スイッチング等に応用できる。そこで、これらの
効果を有する非線形光学デバイスに関する研究が活発に
行われている。
【0003】従来知られているSHG効果を有する非線
形光学材料はニオブ酸リチウム(LiNbO3)やリン
酸チタン酸カリウム(KTP)等の無機材料であり、S
HGを利用した波長変換デバイスに関する研究も、これ
らの無機物質を用いたものが主流であった。しかしなが
ら、最近では大きな光非線形性と高速の光応答性の点か
ら、π電子共役系を有する有機材料から成る非線形光学
材料が注目されてきており、材料探索のための研究が数
多くなされている。
形光学材料はニオブ酸リチウム(LiNbO3)やリン
酸チタン酸カリウム(KTP)等の無機材料であり、S
HGを利用した波長変換デバイスに関する研究も、これ
らの無機物質を用いたものが主流であった。しかしなが
ら、最近では大きな光非線形性と高速の光応答性の点か
ら、π電子共役系を有する有機材料から成る非線形光学
材料が注目されてきており、材料探索のための研究が数
多くなされている。
【0004】従来知られている有機非線形光学材料とし
ては、尿素、2−メチル−4−ニトロアニリン(MN
A)、m−ニトロアニリン、4−(N,N−ジメチルア
ミノ)−3−アセトアミドニトロベン(DAN)、2−
メチルー4−ニトロピリジン−N−オキシド(PO
M)、N−(4−ニトロフェニル)−(S)−ピロリノ
ール(NPP)等がある。有機非線形光学材料に関する
詳細な説明は、例えば以下のような文献に記載されてい
る。
ては、尿素、2−メチル−4−ニトロアニリン(MN
A)、m−ニトロアニリン、4−(N,N−ジメチルア
ミノ)−3−アセトアミドニトロベン(DAN)、2−
メチルー4−ニトロピリジン−N−オキシド(PO
M)、N−(4−ニトロフェニル)−(S)−ピロリノ
ール(NPP)等がある。有機非線形光学材料に関する
詳細な説明は、例えば以下のような文献に記載されてい
る。
【0005】(1)“Nonlinear Optic
al Properties ofOrganic a
nd Polymeric Materials” A
CS SYMPOSIUM SERIES 233(1
983),David J.Williams. (2)“Nonlinear Optical Pro
perties ofOrganic Molecul
es and Crystals”,vol1,2,A
cademic Press(1987),D.S.C
hemlaand J.Zyss. (3)「有機非線形光学材料」、加藤政雄、中西八郎監
修、シー・エム・シー社(1985年刊). (4)「新有機非線形光学材料I・II」小林孝嘉、、
梅垣真祐、中西八郎、中村新男編集、シー・エム・シー
社(1991年刊)。
al Properties ofOrganic a
nd Polymeric Materials” A
CS SYMPOSIUM SERIES 233(1
983),David J.Williams. (2)“Nonlinear Optical Pro
perties ofOrganic Molecul
es and Crystals”,vol1,2,A
cademic Press(1987),D.S.C
hemlaand J.Zyss. (3)「有機非線形光学材料」、加藤政雄、中西八郎監
修、シー・エム・シー社(1985年刊). (4)「新有機非線形光学材料I・II」小林孝嘉、、
梅垣真祐、中西八郎、中村新男編集、シー・エム・シー
社(1991年刊)。
【0006】π電子共役系を有する有機化合物の光非線
形性は、強い電磁波であるレーザ光と有機分子の非局在
化π電子との相互作用、つまり非線形分極の発現に起因
するものである。従って、この非線形分極を大きくする
ために、または分子の超分極率βを大きくするために、
π電子共役系に電子供与性置換基(ドナー)や電子吸引
性置換基(アクセプター)を導入する手法をとるのが一
般的な分子設計法である。
形性は、強い電磁波であるレーザ光と有機分子の非局在
化π電子との相互作用、つまり非線形分極の発現に起因
するものである。従って、この非線形分極を大きくする
ために、または分子の超分極率βを大きくするために、
π電子共役系に電子供与性置換基(ドナー)や電子吸引
性置換基(アクセプター)を導入する手法をとるのが一
般的な分子設計法である。
【0007】しかし、この様な分子設計法により合成さ
れる有機化合物は、一般に双極子モーメントが大きくな
る。従って、結晶化において、双極子−双極子相互作用
により隣接する分子の双極子モーメントを互いに打ち消
し合う中心対称構造を形成し易い。この場合、SHG等
の二次の非線形光学効果は観測されない。分子構造から
結晶構造を予測することは、ほとんど不可能である。し
たがって、反転対称性のない結晶を得るために、光学活
性な置換基(キラリティー)や水素結合し得る置換基を
π電子系に導入する手法や、基底状態にある分子の双極
子モーメントを小さくし双極子間相互作用を弱めるなど
の経験的手法がとられている。
れる有機化合物は、一般に双極子モーメントが大きくな
る。従って、結晶化において、双極子−双極子相互作用
により隣接する分子の双極子モーメントを互いに打ち消
し合う中心対称構造を形成し易い。この場合、SHG等
の二次の非線形光学効果は観測されない。分子構造から
結晶構造を予測することは、ほとんど不可能である。し
たがって、反転対称性のない結晶を得るために、光学活
性な置換基(キラリティー)や水素結合し得る置換基を
π電子系に導入する手法や、基底状態にある分子の双極
子モーメントを小さくし双極子間相互作用を弱めるなど
の経験的手法がとられている。
【0008】また、ドナー・アクセプター間で大きな電
荷移動が生じるような化合物は、吸収極大波長が長波長
シフトし、その結果、吸収波長が可視領域までのびる可
能性が高い。波長780nm〜840nmの半導体レー
ザを光源とした光波長変換素子を用いる場合では、その
第2高調波である390nm〜420nmの波長領域で
化合物がSHGを再吸収すると、光波長変換素子材料の
劣化や変換効率の低下を招くという問題がある。従っ
て、非線形光学材料の光吸収は、結晶状態においてでき
るだけ短波長側であることが好ましく、特に非線形光学
材料の光吸収端波長(カットオフ波長)が390nm以
下にある非線形光学材料が望ましい。
荷移動が生じるような化合物は、吸収極大波長が長波長
シフトし、その結果、吸収波長が可視領域までのびる可
能性が高い。波長780nm〜840nmの半導体レー
ザを光源とした光波長変換素子を用いる場合では、その
第2高調波である390nm〜420nmの波長領域で
化合物がSHGを再吸収すると、光波長変換素子材料の
劣化や変換効率の低下を招くという問題がある。従っ
て、非線形光学材料の光吸収は、結晶状態においてでき
るだけ短波長側であることが好ましく、特に非線形光学
材料の光吸収端波長(カットオフ波長)が390nm以
下にある非線形光学材料が望ましい。
【0009】現在実用化されているLiNbO3やKT
P等の無機材料は、非常に高価であり、二次の光非線形
性能は有機材料ほど優れていないという欠点を有する。
一方、既知の有機非線形光学材料は、安価で比較的簡単
に合成はできるという利点を有する。しかしながら、か
かる有機非線形光学材料で、SHG効率の大きなものは
吸収が可視領域までのびて、結晶が黄色やオレンジ色を
示し、半導体レーザの波長変換に適さなかったり、また
簡単に大きな単結晶を得たり、導波路型の光波長変換素
子、例えばファイバー型やスラブ・チャンネル型光波長
変換素子などを作製することが、加工性という点から困
難であるという欠点も有する。
P等の無機材料は、非常に高価であり、二次の光非線形
性能は有機材料ほど優れていないという欠点を有する。
一方、既知の有機非線形光学材料は、安価で比較的簡単
に合成はできるという利点を有する。しかしながら、か
かる有機非線形光学材料で、SHG効率の大きなものは
吸収が可視領域までのびて、結晶が黄色やオレンジ色を
示し、半導体レーザの波長変換に適さなかったり、また
簡単に大きな単結晶を得たり、導波路型の光波長変換素
子、例えばファイバー型やスラブ・チャンネル型光波長
変換素子などを作製することが、加工性という点から困
難であるという欠点も有する。
【0010】また、有機分子性結晶を用いた導波路型の
光波長変換素子を作製する場合、導波路中の非線形結晶
の分子の配列が重要となる。結晶の最大の非線形光学性
能を有効に利用できる方向に結晶が配向していないと、
結局その光波長変換素子の波長変換効率が悪くなってし
まう。したがって、高効率な光波長変換素子を作製する
には、単結晶中における分子配列を考慮して設計する必
要がある。
光波長変換素子を作製する場合、導波路中の非線形結晶
の分子の配列が重要となる。結晶の最大の非線形光学性
能を有効に利用できる方向に結晶が配向していないと、
結局その光波長変換素子の波長変換効率が悪くなってし
まう。したがって、高効率な光波長変換素子を作製する
には、単結晶中における分子配列を考慮して設計する必
要がある。
【0011】実用化に耐えうる有機非線形光学材料とし
て必要な特性としては、以下のようなものが挙げられ
る: 1)光非線形性が大きい。 2)使用する波長領域、特に390nmより長波長側の
領域での光透過性が高い。 3)単結晶性に優れ、高品質な単結晶が得られる。 4)機械的強度が高く加工性に優れる、または導波路な
どの作製が容易である。 5)熱的・化学的に安定である。 6)バルク型光波長変換素子や導波路型光波長変換素子
を形成する場合、非線形光学材料の最大の光非線形性を
有効利用し得る方向に結晶成長ができる。
て必要な特性としては、以下のようなものが挙げられ
る: 1)光非線形性が大きい。 2)使用する波長領域、特に390nmより長波長側の
領域での光透過性が高い。 3)単結晶性に優れ、高品質な単結晶が得られる。 4)機械的強度が高く加工性に優れる、または導波路な
どの作製が容易である。 5)熱的・化学的に安定である。 6)バルク型光波長変換素子や導波路型光波長変換素子
を形成する場合、非線形光学材料の最大の光非線形性を
有効利用し得る方向に結晶成長ができる。
【0012】従来知られた有機非線形光学材料で、以上
の緒特性を満足する有望な材料は未だ見いだされていな
い状況にある。
の緒特性を満足する有望な材料は未だ見いだされていな
い状況にある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
発明の第一の目的は、結晶における光吸収が390nm
以下の短波長域に存在し、結晶性・加工性がよく、光波
長変換素子に適した反転対称性のない分子配列を有する
有機分子性結晶体を提供することである。第二の目的
は、波長変換効率が高く、可視光領域でSHGを容易に
得ることができる光波長変換に関する方法を提供すると
共に、実用的な光波長変換デバイスを提供することであ
る。
発明の第一の目的は、結晶における光吸収が390nm
以下の短波長域に存在し、結晶性・加工性がよく、光波
長変換素子に適した反転対称性のない分子配列を有する
有機分子性結晶体を提供することである。第二の目的
は、波長変換効率が高く、可視光領域でSHGを容易に
得ることができる光波長変換に関する方法を提供すると
共に、実用的な光波長変換デバイスを提供することであ
る。
【0014】
【問題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
を重ねた結果、下記の式(1)で表される化合物から成
り、正方晶系であり且つ空間群P41に属する有機分子
性結晶体により、本発明の目的を達成できることを見い
だした。
を重ねた結果、下記の式(1)で表される化合物から成
り、正方晶系であり且つ空間群P41に属する有機分子
性結晶体により、本発明の目的を達成できることを見い
だした。
【0015】
【化2】 上記の式(1)の化合物は、非線形光学効果を有するN
−(4−アミノベンゼンスルホニル)アセトアミドであ
り、一般的には、公知の方法、例えば文献:N.A.K
ravchenya、Khim.−Farm.Zh.2
3(4)、454−6(1989)に記載の方法により
合成することができる。
−(4−アミノベンゼンスルホニル)アセトアミドであ
り、一般的には、公知の方法、例えば文献:N.A.K
ravchenya、Khim.−Farm.Zh.2
3(4)、454−6(1989)に記載の方法により
合成することができる。
【0016】本発明の有機分子性結晶体においては、上
記の式(1)で表される化合物に代えて、該化合物中の
一部又は全部の水素が重水素化されたものを用いてもよ
く、又は該化合物と共に該化合物中の一部又は全部の水
素が重水素化されたものを用いてもよい。
記の式(1)で表される化合物に代えて、該化合物中の
一部又は全部の水素が重水素化されたものを用いてもよ
く、又は該化合物と共に該化合物中の一部又は全部の水
素が重水素化されたものを用いてもよい。
【0017】式(1)で表される化合物の単結晶を得る
ためには、溶媒蒸発法や温度降下法などの溶液成長法な
どの当該技術分野におけるあらゆる公知の結晶化方法を
用いることができる。結晶化の方法については、例えば
高須新一郎著の「結晶育成基礎技術」(東京大学出版
会、1980年)や結晶工学ハンドブック編集委員会編
「結晶工学ハンドブック」(共立出版、1971年)の
記載を参考にして行うことができる。
ためには、溶媒蒸発法や温度降下法などの溶液成長法な
どの当該技術分野におけるあらゆる公知の結晶化方法を
用いることができる。結晶化の方法については、例えば
高須新一郎著の「結晶育成基礎技術」(東京大学出版
会、1980年)や結晶工学ハンドブック編集委員会編
「結晶工学ハンドブック」(共立出版、1971年)の
記載を参考にして行うことができる。
【0018】例えば、種結晶を用いた温度降下法による
結晶成長において、以下のような方法が利用できる。種
結晶の作製のための溶媒には、水、メタノールやエタノ
ールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケト
ン若しくはメチルイソブチルケトンのようなケトン類、
アセトニトリル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、
ジクロロメタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホル
ムアミド又はジメチルアセトアミドなどが利用できる。
好ましくは、アセトニトリルを使用する。5〜60℃
で、アセトニトリル100mlに対して、式(1)で表
される化合物を2〜25gを溶解させ、その後、除振台
上に静置しアセトニトリルをゆっくりと蒸発(溶媒蒸発
法)させることにより種結晶を作製できる。得られた種
結晶を白金線に保持できるようにし、結晶育成槽中につ
るす。結晶育成用の溶媒は、アセトン、アセトニトリ
ル、メタノール又はエタノールなどの単一溶媒系および
アセトンとトルエン、アセトニトリルとトルエンなどの
混合溶媒系の何れをも用いることができる。結晶育成用
の溶媒として特に好ましいものは、アセトニトリルであ
る。結晶育成においては、容積が約500mlの結晶育
成槽中に種結晶を1〜4個つり下げ、必要に応じて溶液
中で回転させる。また、回転の仕方は、連続的に一方向
だけでなく、一定間隔ごとに反転させながら行うことも
できる。回転数は、毎分1〜30回のスピードを用いる
ことができる。温度降下条件は、溶媒種によって異なる
が一日当たり0.1〜3.0℃の温度降下速度で育成さ
せることができる。
結晶成長において、以下のような方法が利用できる。種
結晶の作製のための溶媒には、水、メタノールやエタノ
ールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケト
ン若しくはメチルイソブチルケトンのようなケトン類、
アセトニトリル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、
ジクロロメタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホル
ムアミド又はジメチルアセトアミドなどが利用できる。
好ましくは、アセトニトリルを使用する。5〜60℃
で、アセトニトリル100mlに対して、式(1)で表
される化合物を2〜25gを溶解させ、その後、除振台
上に静置しアセトニトリルをゆっくりと蒸発(溶媒蒸発
法)させることにより種結晶を作製できる。得られた種
結晶を白金線に保持できるようにし、結晶育成槽中につ
るす。結晶育成用の溶媒は、アセトン、アセトニトリ
ル、メタノール又はエタノールなどの単一溶媒系および
アセトンとトルエン、アセトニトリルとトルエンなどの
混合溶媒系の何れをも用いることができる。結晶育成用
の溶媒として特に好ましいものは、アセトニトリルであ
る。結晶育成においては、容積が約500mlの結晶育
成槽中に種結晶を1〜4個つり下げ、必要に応じて溶液
中で回転させる。また、回転の仕方は、連続的に一方向
だけでなく、一定間隔ごとに反転させながら行うことも
できる。回転数は、毎分1〜30回のスピードを用いる
ことができる。温度降下条件は、溶媒種によって異なる
が一日当たり0.1〜3.0℃の温度降下速度で育成さ
せることができる。
【0019】本発明においては、式(1)で表される化
合物から成り、正方晶系であり且つ空間群P41に属す
る有機分子性結晶体の単結晶から成る光波長変換素子も
提供される。本発明の光波長変換素子は、例えば、二次
非線形光学プロセス用素子や光周波数逓倍変換素子とし
て有用である。本発明における波長変換には、例えば、
第二高調波及び第三高調波並びに和周波及び差周波発生
が含まれる。
合物から成り、正方晶系であり且つ空間群P41に属す
る有機分子性結晶体の単結晶から成る光波長変換素子も
提供される。本発明の光波長変換素子は、例えば、二次
非線形光学プロセス用素子や光周波数逓倍変換素子とし
て有用である。本発明における波長変換には、例えば、
第二高調波及び第三高調波並びに和周波及び差周波発生
が含まれる。
【0020】本発明によれば、上記光波長変換素子を用
いて、角度位相整合や温度位相整合により、レーザ光な
どの波長を変換することができる。さらに詳しくは、上
記光波長変換素子を基本波レーザの共振器中に配置した
り(内部共振器型)、基本波レーザの外部に上記光波長
変換素子を配置して(外部共振器型)、光の波長を変換
することができる。
いて、角度位相整合や温度位相整合により、レーザ光な
どの波長を変換することができる。さらに詳しくは、上
記光波長変換素子を基本波レーザの共振器中に配置した
り(内部共振器型)、基本波レーザの外部に上記光波長
変換素子を配置して(外部共振器型)、光の波長を変換
することができる。
【0021】基本波レーザとしては、例えば、半導体レ
ーザ励起によるNd:YAGまたはNd:YVO4など
の固体レーザ媒体を用いたり、半導体レーザを直接用い
ることができる。
ーザ励起によるNd:YAGまたはNd:YVO4など
の固体レーザ媒体を用いたり、半導体レーザを直接用い
ることができる。
【0022】光波長変換素子の形態としては、バルク型
光波長変換素子、並びにスラブ・チャンネル型光波長変
換素子、平面導波路型波長変換素子、及びファイバー型
光波長変換素子のような導波路型光波長変換素子を使用
することができる。
光波長変換素子、並びにスラブ・チャンネル型光波長変
換素子、平面導波路型波長変換素子、及びファイバー型
光波長変換素子のような導波路型光波長変換素子を使用
することができる。
【0023】導波路型光波長変換素子として使用する場
合には、本発明の有機分子性結晶体をコア材料として使
用し得るのみならず、クラッド材料としても使用し得
る。
合には、本発明の有機分子性結晶体をコア材料として使
用し得るのみならず、クラッド材料としても使用し得
る。
【0024】例えば、有機分子性結晶体の単結晶をその
まま用いてスラブ・チャンネル型光波長変換素子を作製
したり、導波路の導波層として上記単結晶の薄片をコア
材とした平面導波路型光波長変換素子や、光ファイバー
のコア部分に上記単結晶を成長させたファイバー型光波
長変換素子を作製することができる。そして、これらの
光波長変換素子の導波路のモード分散を利用したモード
・モード位相整合や、チェレンコフ放射による方法およ
び疑似位相整合によって光波長の変換を行うこともでき
る。
まま用いてスラブ・チャンネル型光波長変換素子を作製
したり、導波路の導波層として上記単結晶の薄片をコア
材とした平面導波路型光波長変換素子や、光ファイバー
のコア部分に上記単結晶を成長させたファイバー型光波
長変換素子を作製することができる。そして、これらの
光波長変換素子の導波路のモード分散を利用したモード
・モード位相整合や、チェレンコフ放射による方法およ
び疑似位相整合によって光波長の変換を行うこともでき
る。
【0025】本発明の有機分子性結晶体をバルク型の光
波長変換素子に使用する場合には、該素子に入射する基
本波レーザーは、直交した2成分、即ち結晶のa(又は
b)軸とc軸に偏光した光を用いることが好ましい。
波長変換素子に使用する場合には、該素子に入射する基
本波レーザーは、直交した2成分、即ち結晶のa(又は
b)軸とc軸に偏光した光を用いることが好ましい。
【0026】また、本発明の有機分子性結晶体を導波路
型光波長変換素子に使用する場合には、該素子に入射す
る基本波レーザーは、結晶のc軸に偏光した光を用いる
ことが好ましい。
型光波長変換素子に使用する場合には、該素子に入射す
る基本波レーザーは、結晶のc軸に偏光した光を用いる
ことが好ましい。
【0027】本発明の一態様によれば、本発明の光波長
変換素子は、上記のようにして調製された有機分子性結
晶体の単結晶をダイヤモンドワイヤーソー等を用いて位
相整合角に切断し、表面をダイヤモンドスラリー等によ
って光学研磨して作製することができる。そして、光学
研磨された単結晶は、無反射コートをした液セルであっ
て、屈折率マッチング液を満たしたものの中に浸漬し
て、光波長変換素子として使用することができる。ま
た、光学研磨された結晶表面に、直接無反射コートを施
し光波長変換素子として用いることもできる。
変換素子は、上記のようにして調製された有機分子性結
晶体の単結晶をダイヤモンドワイヤーソー等を用いて位
相整合角に切断し、表面をダイヤモンドスラリー等によ
って光学研磨して作製することができる。そして、光学
研磨された単結晶は、無反射コートをした液セルであっ
て、屈折率マッチング液を満たしたものの中に浸漬し
て、光波長変換素子として使用することができる。ま
た、光学研磨された結晶表面に、直接無反射コートを施
し光波長変換素子として用いることもできる。
【0028】本発明の他の態様によれば、図1に示す内
部共振器型の光波長変換素子が提供される。図1におい
て、11は励起用レーザ光源、12は11のレーザ光の
波長に対して無反射コートをした集光レンズ、13はN
d:YAGやNd:YVO4などの固体レーザ媒体であ
る。13−1には、11のレーザ光の波長に対する無反
射コートおよび波長1064nmの光に対する全反射コ
ートを施してある。13−2には、波長1064nmの
光に対する無反射コートおよび532nmの光に対する
全反射コートが施されている。14は本発明の単結晶で
あり、単結晶の両面には波長1064nmおよび532
nmの光に対する無反射コートが施されている。15は
出力ミラーであり、15−1には波長1064nmの光
に対する全反射コート及び532nmの光に対する無反
射コートが施されている。
部共振器型の光波長変換素子が提供される。図1におい
て、11は励起用レーザ光源、12は11のレーザ光の
波長に対して無反射コートをした集光レンズ、13はN
d:YAGやNd:YVO4などの固体レーザ媒体であ
る。13−1には、11のレーザ光の波長に対する無反
射コートおよび波長1064nmの光に対する全反射コ
ートを施してある。13−2には、波長1064nmの
光に対する無反射コートおよび532nmの光に対する
全反射コートが施されている。14は本発明の単結晶で
あり、単結晶の両面には波長1064nmおよび532
nmの光に対する無反射コートが施されている。15は
出力ミラーであり、15−1には波長1064nmの光
に対する全反射コート及び532nmの光に対する無反
射コートが施されている。
【0029】また、本発明の光波長変換素子の他の用途
として、光記録用光源がある。光による情報の記録の際
には光の変調が必要であるが、本発明の光波長変換素子
に適当な電極を設けることで変換光の光強度を変調する
ことができる。つまり、電極に電圧を印加することによ
って、式(1)の化合物の屈折率を変化せしめて、モー
ド・モード位相整合条件を変化させ、第二高調波強度を
大きく変化させることができる。本発明の一態様によれ
ば、導波路型光波長変換素子において、コアを挟む対向
する一対の電極を設けたものによって、位相整合条件の
調節及び変調が可能となる。
として、光記録用光源がある。光による情報の記録の際
には光の変調が必要であるが、本発明の光波長変換素子
に適当な電極を設けることで変換光の光強度を変調する
ことができる。つまり、電極に電圧を印加することによ
って、式(1)の化合物の屈折率を変化せしめて、モー
ド・モード位相整合条件を変化させ、第二高調波強度を
大きく変化させることができる。本発明の一態様によれ
ば、導波路型光波長変換素子において、コアを挟む対向
する一対の電極を設けたものによって、位相整合条件の
調節及び変調が可能となる。
【0030】以下に、発明の詳細を具体例を挙げ説明す
るが、本発明はその範囲に限定されるものではない。
るが、本発明はその範囲に限定されるものではない。
【0031】
【実施例1】室温で反応温度をコントロールしながらス
ルファニルアミド(17.2g)を20%の発煙硫酸
(25ml)に徐々に添加した。添加後、酢酸(6.7
ml)を滴下し、30−40℃で30分間反応させた。
反応液を冷却し、それを氷水にあげて中和した後、固体
を濾別した。アセトニトリルから再結晶することによ
り、目的とするN−(4−アミノベンゼンスルホニル)
アセトアミドを得た(13g)。この化合物の融点は1
82−184℃であった。また、NMRなどにより構造
を確認した。
ルファニルアミド(17.2g)を20%の発煙硫酸
(25ml)に徐々に添加した。添加後、酢酸(6.7
ml)を滴下し、30−40℃で30分間反応させた。
反応液を冷却し、それを氷水にあげて中和した後、固体
を濾別した。アセトニトリルから再結晶することによ
り、目的とするN−(4−アミノベンゼンスルホニル)
アセトアミドを得た(13g)。この化合物の融点は1
82−184℃であった。また、NMRなどにより構造
を確認した。
【0032】
【実施例2】式(1)の化合物の単結晶を作製した。式
(1)の化合物の純度を再結晶操作により99.8%以
上(HPLCによる分析値)にした粉末を、アセトニト
リルに溶解し、この溶液を室温にて数日放置し溶媒蒸発
法により八面体結晶を析出させた。析出した結晶の大き
さは、約3×1.5×1.5mm3であった。四軸X線
回析装置を用いてこの単結晶の結晶構造解析を行った。
使用したX線はCuKα線であった。得られた結晶学的
データを以下に示す。
(1)の化合物の純度を再結晶操作により99.8%以
上(HPLCによる分析値)にした粉末を、アセトニト
リルに溶解し、この溶液を室温にて数日放置し溶媒蒸発
法により八面体結晶を析出させた。析出した結晶の大き
さは、約3×1.5×1.5mm3であった。四軸X線
回析装置を用いてこの単結晶の結晶構造解析を行った。
使用したX線はCuKα線であった。得られた結晶学的
データを以下に示す。
【0033】晶系 正方晶系 空間群 P41 点群 4 格子定数 a=b=7.921Å c=16.452Å Z=4 また、この単結晶の結晶構造を図2及び図3に示す。上
記結晶学的データより、この単結晶は反転対称性を持た
ないことがわかる。
記結晶学的データより、この単結晶は反転対称性を持た
ないことがわかる。
【0034】このようにして得られた単結晶は、正方晶
系の点群4に属するので、2次の非線形光学定数dのテ
ンソル成分は数式(1)で表される。
系の点群4に属するので、2次の非線形光学定数dのテ
ンソル成分は数式(1)で表される。
【0035】
【数1】 ここで、d31は、結晶の誘電主軸X、Y、Zを考えた
場合、結晶のX方向に直線偏光した光(以下、X偏光と
いう。Y、Zについても同様。)を基本波として入射さ
せて、Z偏光の第2高調波を取り出す場合の非線形光学
定数であり、同様にd33はZ偏光の基本波を入射させ
てZ偏光の第2高調波を取り出すときの非線形光学定数
である。
場合、結晶のX方向に直線偏光した光(以下、X偏光と
いう。Y、Zについても同様。)を基本波として入射さ
せて、Z偏光の第2高調波を取り出す場合の非線形光学
定数であり、同様にd33はZ偏光の基本波を入射させ
てZ偏光の第2高調波を取り出すときの非線形光学定数
である。
【0036】
【実施例3】実施例2と同様に調製して得られた単結晶
を種結晶として用い、温度降下法による結晶成長を行っ
た。図4に結晶育成装置を示す。まずはじめに式(1)
で表される化合物の粉末80gを23℃でアセトニトリ
ル500mlに溶解し飽和溶液を得た。その飽和溶液を
温度制御の可能な結晶育成槽35に注ぎ入れ結晶成長溶
液33として準備した。次に、白金線に取り付けた4個
の種結晶34を回転撹拌棒32に固定し、結晶成長溶液
33中に浸した。結晶育成槽35内の雰囲気を窒素置換
し、また結晶育成槽35全体を遮光した。回転用モータ
ー31によって種結晶34を10rpmで回転させなが
ら、結晶育成槽35の温度降下を始めた。恒温水槽36
の水を結晶育成槽35の外周に循環させて結晶成長溶液
33の温度を調節した。温度の降下条件は、1日当たり
0.5℃とした。約2週間で約10mm角の欠陥のない
良質の結晶を得ることができた。
を種結晶として用い、温度降下法による結晶成長を行っ
た。図4に結晶育成装置を示す。まずはじめに式(1)
で表される化合物の粉末80gを23℃でアセトニトリ
ル500mlに溶解し飽和溶液を得た。その飽和溶液を
温度制御の可能な結晶育成槽35に注ぎ入れ結晶成長溶
液33として準備した。次に、白金線に取り付けた4個
の種結晶34を回転撹拌棒32に固定し、結晶成長溶液
33中に浸した。結晶育成槽35内の雰囲気を窒素置換
し、また結晶育成槽35全体を遮光した。回転用モータ
ー31によって種結晶34を10rpmで回転させなが
ら、結晶育成槽35の温度降下を始めた。恒温水槽36
の水を結晶育成槽35の外周に循環させて結晶成長溶液
33の温度を調節した。温度の降下条件は、1日当たり
0.5℃とした。約2週間で約10mm角の欠陥のない
良質の結晶を得ることができた。
【0037】
【実施例4】実施例2と同様に調製して得られた単結晶
を種結晶として、温度降下法により数mm厚さの八面体
結晶を得、この単結晶のUVスペクトルを測定した。結
果を図5に示す。この結果から、λcut off=3
50nmであることがわかり、実用的な波長変換範囲に
おいて第2高調波の吸収がないことがわかった。
を種結晶として、温度降下法により数mm厚さの八面体
結晶を得、この単結晶のUVスペクトルを測定した。結
果を図5に示す。この結果から、λcut off=3
50nmであることがわかり、実用的な波長変換範囲に
おいて第2高調波の吸収がないことがわかった。
【0038】
【実施例5】本発明の結晶体の屈折率を最小偏角法によ
り測定した(参考分献 久保田広、浮田祐吉、會田軍太
夫編集 光学技術ハンドブック 増補版 朝倉書店 1
975年)。Arレーザ、He−Neレーザ、半導体レ
ーザ及びNd:YAGレーザを光源として用い、可視か
ら近赤外波長域6点で常光線の屈折率no及び異常光線
の屈折率neを測定した。得られた結果からセルマイヤ
ーの屈折率の波長分散関係式を用い屈折率と波長との関
係を求めた。その結果を図6に示す。また、得られた屈
折率から、計算によって求めた基本波波長と位相整合角
との関係を図7に示す。これにより実用的な波長範囲
で、角度位相整合が可能であることがわかる。
り測定した(参考分献 久保田広、浮田祐吉、會田軍太
夫編集 光学技術ハンドブック 増補版 朝倉書店 1
975年)。Arレーザ、He−Neレーザ、半導体レ
ーザ及びNd:YAGレーザを光源として用い、可視か
ら近赤外波長域6点で常光線の屈折率no及び異常光線
の屈折率neを測定した。得られた結果からセルマイヤ
ーの屈折率の波長分散関係式を用い屈折率と波長との関
係を求めた。その結果を図6に示す。また、得られた屈
折率から、計算によって求めた基本波波長と位相整合角
との関係を図7に示す。これにより実用的な波長範囲
で、角度位相整合が可能であることがわかる。
【0039】
【実施例6】本発明の結晶体の非線形光学定数d31,
d33およびd15を回転メーカーフリンジ法(参考文
献、J.Jerphagnon and S.K.Ku
rtz,Journal of Applied Ph
ysics,Vol.41,pp.1667−1681
(1970))により測定した。
d33およびd15を回転メーカーフリンジ法(参考文
献、J.Jerphagnon and S.K.Ku
rtz,Journal of Applied Ph
ysics,Vol.41,pp.1667−1681
(1970))により測定した。
【0040】まず、実施例3と同様にして得られた単結
晶を切断、研磨することにより平行平板状に加工した単
結晶を得た。この単結晶に波長1064nmのNd:Y
AGレーザ照射し、発生した第2高調波を532nm干
渉フィルターに通し、光電子増倍管で検知した。得られ
たフリンジに関して、実施例5で求めた屈折率を用いて
カーブフィッティングを行った。また、水晶のd11=
0.335pm/Vと比較することにより、この結晶の
非線形光学定数d31=1.50pm/V、d33=1
6.5pm/Vおよびd15=4.75pm/Vを得
た。
晶を切断、研磨することにより平行平板状に加工した単
結晶を得た。この単結晶に波長1064nmのNd:Y
AGレーザ照射し、発生した第2高調波を532nm干
渉フィルターに通し、光電子増倍管で検知した。得られ
たフリンジに関して、実施例5で求めた屈折率を用いて
カーブフィッティングを行った。また、水晶のd11=
0.335pm/Vと比較することにより、この結晶の
非線形光学定数d31=1.50pm/V、d33=1
6.5pm/Vおよびd15=4.75pm/Vを得
た。
【0041】
【実施例7】実施例3と同様にして得られた単結晶を基
本波の波長(1064nm)に対して位相整合角に切り
出し、切断面の研磨を行った。位相整合角は、実施例4
で測定した屈折率から計算により求めた。この結晶に波
長1064nmのNd:YAGレーザ光をこの単結晶に
照射したところ、位相整合した第二高調波である緑色光
が出射されるのを確認した。また、色素レーザを用い基
本波波長が800〜900nmのレーザ光を照射し、結
晶を回転させレーザ光の入射角度も変え、位相整合した
第二高調波光を確認することにより、角度位相整合が実
用的な範囲でも達成できることを確認した。
本波の波長(1064nm)に対して位相整合角に切り
出し、切断面の研磨を行った。位相整合角は、実施例4
で測定した屈折率から計算により求めた。この結晶に波
長1064nmのNd:YAGレーザ光をこの単結晶に
照射したところ、位相整合した第二高調波である緑色光
が出射されるのを確認した。また、色素レーザを用い基
本波波長が800〜900nmのレーザ光を照射し、結
晶を回転させレーザ光の入射角度も変え、位相整合した
第二高調波光を確認することにより、角度位相整合が実
用的な範囲でも達成できることを確認した。
【0042】
【実施例8】図8に示すバルク型光波長変換素子を作成
した。固体レーザ媒体として、Nd:YVO4を用いた
レーザ結晶73の入射端面に71から出射したレーザ光
76を集光レンズ72を通して入射させることによりレ
ーザ結晶73を励起、発光させる。ここで、レーザ結晶
73のレーザ光76が入射する面73−1はレーザ光7
6の波長809nmに対して無反射コーティング(AR
コート)してある。発光した光は波長1064nmに対
して高反射コート(HRコート)してあるレーザ結晶7
3の入射面73−1と、同様にHRコートしてある出力
ミラー75の曲面75−1を反射往復して基本波レーザ
となる。このように共振している状態で実施例5と同様
の位相整合角に切り出された結晶74から高効率で発生
した第2高調波が得られた。例えば、入射レーザ光パワ
ーが100mWのとき、出力レーザ光パワー3.40m
Wを得、変換効率は3.40%であった。
した。固体レーザ媒体として、Nd:YVO4を用いた
レーザ結晶73の入射端面に71から出射したレーザ光
76を集光レンズ72を通して入射させることによりレ
ーザ結晶73を励起、発光させる。ここで、レーザ結晶
73のレーザ光76が入射する面73−1はレーザ光7
6の波長809nmに対して無反射コーティング(AR
コート)してある。発光した光は波長1064nmに対
して高反射コート(HRコート)してあるレーザ結晶7
3の入射面73−1と、同様にHRコートしてある出力
ミラー75の曲面75−1を反射往復して基本波レーザ
となる。このように共振している状態で実施例5と同様
の位相整合角に切り出された結晶74から高効率で発生
した第2高調波が得られた。例えば、入射レーザ光パワ
ーが100mWのとき、出力レーザ光パワー3.40m
Wを得、変換効率は3.40%であった。
【0043】
【発明の効果】以上のように、本発明の有機分子性結晶
は青色光領域での透過性が極めて高く、分子配列に反転
対称性がないため、2次の非線形光学効果を有する。ま
た、本発明の有機分子性結晶は短期間で極めて大きな結
晶を成長させることが容易であり、生産プロセス性にお
いて非常に有利である。
は青色光領域での透過性が極めて高く、分子配列に反転
対称性がないため、2次の非線形光学効果を有する。ま
た、本発明の有機分子性結晶は短期間で極めて大きな結
晶を成長させることが容易であり、生産プロセス性にお
いて非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】内部共振器型光波長変換デバイスの概念図であ
る。
る。
【図2】本発明の結晶体の結晶構造のa軸方向投影図で
ある。
ある。
【図3】本発明の結晶体の結晶構造のc軸方向投影図で
ある。
ある。
【図4】結晶育成装置を表す図である。
【図5】本発明の結晶体の結晶の吸収スペクトルを表し
た図である。
た図である。
【図6】本発明の結晶体の常光線及び異常光線の屈折率
の波長分散曲線を表した図である。
の波長分散曲線を表した図である。
【図7】基本波波長と位相整合角の関係を示した図であ
る。
る。
【図8】バルク型光波長変換素子の構成を表す図であ
る。
る。
11 励起用半導体レーザ光源 12 集光レンズ 13 固体レーザ結晶 13−1 励起用レーザ光源に対するARコート及び基
本波に対するHRコート 13−2 基本波に対するARコート及び第二高調波に
対するHRコート 14 非線形光学素子 15 出力ミラー 15−1 基本波に対するHRコート及び第二高調波に
対するARコート 31 回転用モーター 32 回転撹拌棒 33 結晶成長溶液 34 種結晶 35 結晶育成槽 36 恒温水槽 71 励起用半導体レーザ光源 72 集光レンズ 73 YVO4固体レーザ結晶 73−1 励起用レーザ光源に対するARコート及び基
本波に対するHRコート 74 非線形光学素子 75 出力ミラー
本波に対するHRコート 13−2 基本波に対するARコート及び第二高調波に
対するHRコート 14 非線形光学素子 15 出力ミラー 15−1 基本波に対するHRコート及び第二高調波に
対するARコート 31 回転用モーター 32 回転撹拌棒 33 結晶成長溶液 34 種結晶 35 結晶育成槽 36 恒温水槽 71 励起用半導体レーザ光源 72 集光レンズ 73 YVO4固体レーザ結晶 73−1 励起用レーザ光源に対するARコート及び基
本波に対するHRコート 74 非線形光学素子 75 出力ミラー
Claims (7)
- 【請求項1】 下記の式(1)で表される化合物から成
り、正方晶系であり且つ空間群P41に属する有機分子
性結晶体。 【化1】 - 【請求項2】 請求項1に記載の有機分子性結晶体の単
結晶から成る光波長変換素子。 - 【請求項3】 導波路型光波長変換素子である、請求項
2に記載の光波長変換素子。 - 【請求項4】 スラブ・チャンネル型光波長変換素子で
ある、請求項3に記載の光波長変換素子。 - 【請求項5】 平面導波路型光波長変換素子である、請
求項3に記載の光波長変換素子。 - 【請求項6】 ファイバー型光波長変換素子である、請
求項3に記載の光波長変換素子。 - 【請求項7】 周波数逓倍用である、請求項2に記載の
光波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32814293A JPH07181531A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 分子性結晶およびそれを用いた波長変換デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32814293A JPH07181531A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 分子性結晶およびそれを用いた波長変換デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181531A true JPH07181531A (ja) | 1995-07-21 |
Family
ID=18206970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32814293A Pending JPH07181531A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 分子性結晶およびそれを用いた波長変換デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07181531A (ja) |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32814293A patent/JPH07181531A/ja active Pending
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