JPH03266819A - 非線形光学材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は有機非線形光学材料に関し、特に波長変換素
子に使用される・非線形光学材料に関する。

〔従来の技術〕

物質にレーザ光が照射されると、その強い電場Ｅによっ
て物質中に分極Ｐが誘起される。この誘起された分極Ｐ
は次式で表される。

Ｐ＝Ｘ（Ｉ）ε＋×（２１６２＋　ｘ（３１Ｅコ＋０．
−　＋　Ｘ　”’　Ｅ１１第１項が線形分極、第２項以
降が非線形分極であり、Ｘ　（？）はｎ≧２のときｎ次
の非線形感受率である。第２項から２次の非線形効果が
生じ、第二高調波発生あるいはパラメトリック発振と呼
ばれる光の波長変換が可能となり、第３項から３次の非
線形効果が生じ、第三高調波発生による光の波長変換が
可能となる。

従来、このような光の波長変換が可能な非線形光学素子
に使用される非線形光学材料として各種の無機材料が知
られている。例えば、ニオブ酸リチウム、ＫＤＰ、ＫＴ
Ｐなどが挙げられる。しかしながら、これらの材料は非
線形性、破壊しきい値、駆動電圧、応答性などに問題が
あり、実用化が遅れている。これに対して、最近、有機
非線形光学材料が注目されている。これは有機非線形光
学材料が無機非線形材料に比べて、非線形感受率が大き
いこと、光学損傷に対する破壊しきい値が高いこと、非
線形分極は電子分極が支配的で応答速度が速いことなど
による。有機非線形材料としては、例えば尿素、２−メ
チル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）、Ｐ−ニトロアニ
リン（Ｐ−ＮＡ）などが知られている。

上述のように、非線形光学材料としてπ電子共役系の有
機材料が有効であるが、これらの有機材料の非線形性を
高める手段としてπ電子を有する芳香環にドナー性置換
基とアクセプター性置換基の両方を導入することが行わ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、π電子共役系にドナー性置換基とアクセ
プター性置換基の両方を導入すると分子の双極子モーメ
ントが大きくなり、π電子共役系の有機材料の結晶にお
いて、結晶中の双極子−双極子相互作用が強くなる。こ
の双極子−双極子相互作用により２分子間の双極子が打
ち消す構造である中心対称性の結晶が形成される。とこ
ろが中心対称のある結晶では２次の非線形感受率が存在
しない。

この発明は、上述の点に鑑みてなされたものであって、
２次の非線形性が大きく第二高調波発生に優れた有機非
線形材料を提供することを解決すべき課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、この発明によれば、下記式（Ｉ）で表され
るドナー性置換基とアクセプター性置換基の両方を持つ
芳香環を光学話性な酒石酸のエステル基に結合させた非
線形光学材料とすることによって達成される。

　　　　０ 〔式（１）において、Ｒ，、Ｒ３はそれぞれドナー性置
換基を表し、Ｒ２，Ｒ，はそれぞれアクセプター性置換
基を表し、ｎは０および正の整数のうちのいずれかを表
す。〕 また、下記式（ＩＩ）で表されるドナー性置換基とアク
セプター性置換基の両方を持つ芳香環を光学活性な酒石
酸のアルコール基とエーテル結合させた非線形光学材料
とすることによって達成される。

（ＩＩ） 〔式（ｎ）において、Ｒ１Ｒ３はそれぞれドナー性置換
基を表し、Ｒ２，Ｒ，はそれぞれアクセプター性置換基
を表し、　Ｒ５は任意の置換基を表し、ｎは０および正
の整数のうちのいずれかを表す。〕ドナー性置換基とし
てはアミノ基、ノ１０ゲン。

水酸基、アルコキシ基などが、また、アクセプター置換
基としてはニトロ基、シアノ基などが用いられる。芳香
環としては炭素原子、ペテロを含む五員環、六員環、例
えばチオフェン環、ピロール環　フラン環、ピリジン環
、ベンセン環などが用いられる。さらに芳香環は一つに
限られるものではなく二つ以上あってもよく、例えばア
ゾベンゼン　スチルベン　ビフェニルなどのように炭素
窒素、酸素などにより芳香環が結合したものであっても
よい。また、酒石酸と芳香環をつなぐスペーサ長ｎは０
から９の範囲が好適である。

〔作用〕

分子内に光学活性部を有する酒石酸骨格を持つ化合物は
中心対称を持つような構造を抑制することができ、２次
の非線形性が生じるようになり、芳＠環に置換したドナ
ー性置換基とアクセプター性置換基により非線形性が高
くなる。

また、前記式（１）においては、酒石酸骨格にある水酸
基のそれ同士、あるいは芳香環の置換基との水素結合に
よりより中心対称性が崩れ、２次の非線形性がより発現
しやすくなる。

〔実施例〕

次に、 この発明の詳細な説明する。

実施例１ 次の合成手順により、 前記式（ ■）のそれぞれ異 なる実施例の化合物ＮαＩ−１ないしＮα工０ を合成 した。

化合物歯１−２ Ｈ２ ａＮＯ２ 化合物冷夏−３ 化合物Ｎ９１−５ 化合物Ｎ９１−４ 化合物Ｎ９１−６ ８Ｎ 化合物〜Ｉ−４ 化合物歯ＬＬ Ｈ１ Ｈ２ 化合物陽１−２ ＣＨ３ Ｈ２ 化合物坐１−６ 化合物Ｎ９１−７ 化合物Ｎ９１−９ Ｈ２ 化合物Ｎ９１−８ 化合物Ｎ！＋１−１Ｏ Ｈ２ 化合物％Ｉ−８ 化合物慟夏−１０ こうして得られた各化合物の粉末の試料にＮｄＹＡＧ＋
／−ザー（波長１．０６４　μｍ）を照射した結果、そ
れぞれ波長０．５３２μｍの緑色の散乱光（第二高調波
）が観測された。

また、その合成手順は示さないが、前記式（１）で示す
化合物の実施例で示したちの以外の具体例を例示すると
次のものが挙げられる。

次の合成手順により、前記式（旧のそれぞれ異なる実施
例の化合物Ｎαｎ−１ないしＮαｌｌ−１０を合成した
。

化合物歯１１−１ Ｈ２ （ｂ） 化合物Ｎ９１１−４ （ａ） 化合物Ｎ９１夏−５ Ｈ２ 化合物Ｎ！ｌｌｌ−５ 化合物Ｎ９１１−２ 化合物Ｎ９１１−３ （ａ） 化合物Ｎ９１１−６ 化合物歯１ｌ−７ （ａ） Ｈ２ 化合物Ｎ９１１−２ 化合物陽１１−７ 化合物歯ｘｒ−ｓ 化合物歯ｌｌ−９ 化合物歯１１−８ 化合物Ｎ９１１−９ （ｉ−８ｒ：イソブチル基） 化合物歯ｌｌ−１０ （ａ） 化合物Ｎ９１１−１０ こうして得られた各化合物の粉末の試料にＮｄ・ＹＡＧ
レーザ−（波長１０６４μｍ）を照射した結果、それぞ
れ波長０．５３２μｍの緑色の散乱光（第二高調波）が
観測された。

また、その合成手順は示さないが、前記式（ＩＩ）で示
す化合物の実施例で示したちの以外の具体例を例示する
と次のものが挙げられる。

（ｉ−Ｂｒ・イソブチル基） 〔発明の効果〕 この発明によれば、前記式（Ｉ）および前記式（旧で表
される化合物を非線形光学材料とする。

このような化合物は分子骨格に対称中心のない光学活性
な炭素があるために双極子−双極子間の相互作用による
対称中心ができるのを防ぐことができ、２次の非線形性
が生じるようになり、芳香環に置換したドナー性置換基
とアクセプター性置換基により非線形性が高くなる。ま
た、前記式（１）においては、酒石酸骨格にある水酸基
のそれ同士。

あるいは芳香環の置換基との水素結合によりより対称性
が崩れ、２次の非線形性がより発現しやすくなる。かく
して、２次の非線形性が大きく第二高調波発生に優れ波
長変換素子に好適な有機非線形光学材料が得られること
になる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）下記式（ I ）で表されるドナー性置換基とアクセ
   プター性置換基の両方を持つ芳香環を光学活性な酒石酸
   のエステル基に結合させたことを特徴とする非線形光学
   材料。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・（ I ） 〔式（ I ）において、Ｒ＿１、Ｒ＿３はそれぞれドナ
   ー性置換基を表し、Ｒ＿２、Ｒ＿４はそれぞれアクセプ
   ター性置換基を表し、ｎは０および正の整数のうちのい
   ずれかを表す。〕 ２）下記式（II）で表されるドナー性置換基とアクセプ
   ター性置換基の両方を持つ芳香環を光学活性な酒石酸の
   アルコール基とエーテル結合させたことを特徴とする非
   線形光学材料。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・（II） 〔式（II）において、Ｒ＿１、Ｒ＿３はそれぞれドナー
   性置換基を表し、Ｒ＿２、Ｒ＿４はそれぞれアクセプタ
   ー性置換基を表し、Ｒ＿５は任意の置換基を表し、ｎは
   ０および正の整数のうちのいずれかを表す。〕