JP2727764B2 - 非線形光学材料 - Google Patents

非線形光学材料

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Hitachi Chemical Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光パラメトリック発振,
高調波発生,光スイッチング等の光信号処理システムに
おいて重要な新規な非線形光学材料に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光通信技術の重要な役割を占めると見ら
れる非線形光学材料は材料の非線形光応答性に基づき光
混合,パラメトリック発振,光高調波発生等の機能を発
揮するものであって,従来,KH2PO4,NH42PO
4等の無機結晶が用いられてきた。しかし,これらの材
料は潮解性,低い非線形感受率及び低い被破壊閾値のた
めに前述の用途の要求を満たすに至っていない。また光
スイッチングに利用出来る1次,2次の電気光学効果は
各々2次および3次の非線形光学効果と本質的に同じ非
線形分極から生じるものであるから同じ材料が使える可
能性があるが,高周波数領域で無機材料はチャーピング
を生じる問題がある。π電子系の分極を利用した有機非
線形光学材料はその非線形光学定数が無機材料よりも大
きいことや一般に潮解性もなく破壊閾値が高い等優れて
いるために各方面で幅広く研究,開発が進められてい
る。最近の成果について,例えば「ノンリニア・オプテ
ィカル・プロパティズ・オブ・オーガニック・モレキュ
ールズ・アンド・クリスタルズ(Nonlinear
Optical Properties of Org
anic Molecules and Crysta
ls)」Vol.1及びVol.2,D.S.Chem
la,J.Zyss編(1987年 Academic
Press社発行)に詳しく述べられている。
【0003】しかしながら,半導体レーザのように出力
の小さなレーザで十分目的を達成しうる程度に大きな非
線形光学定数を持つ材料は見出されておらず,更に新規
な材料の開発が強く求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は非線形光学定
数の高い新規な有機非線形光学材料を提供するものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は一般式(I)
【化2】 (式中Zは,炭素数1〜10のアルキル基,炭素数1〜
10のアルコキシ基,アリール基,アリールオキシ基,
アラルキル基,アラルキルオキシ基,ハロアルキル基,
塩素原子または臭素原子でありnは1〜5の整数であ
る)で示される化合物からなる非線形光学材料およびこ
の化合物を含有する組成物からなる非線形光学材料に関
する。
【0006】本発明においては上記の一般式(I)で示
されるベンザルインダノン化合物が用いられるが,この
ベンザルインダノン化合物は例えばオーガニックリアク
シヨン(Organic Reaction)第16巻
に詳しく述べられている方法により,1−インダノンと
適当な置換基を有するベンズアルデヒドとのアルドール
型縮合により容易に合成出来る。
【0007】上記の一般式(I)で示される化合物とし
ては例えば2′−エトキシベンザル−1−インダノン,
3′−メトキシベンザル−1−インダノン,4′−フェ
ノキシベンザル−1−インダノン,2′,3′−ジメト
キシベンザル−1−インダノン,2′,5′−ジメトキ
シベンザル−1−インダノン,3′,4′−ジエトキシ
ベンザル−1−インダノン,4′−ベンジルオキシベン
ザル−1−インダノン,2′,3′4′−トリメトキシ
ベンザル−1−インダノン,2′−メチルベンザル−1
−インダノン,4′−メチルベンザル−1−インダノ
ン,4′−エチルベンザル−1−インダノン,4′−フ
ェニルベンザル−1−インダノン,2′−トリフルオロ
メチルベンザル−1−インダノン,4′−クロロベンザ
ル−1−インダノン,2′,3′−ジクロロベンザル−
1−インダノン,2′,4′−ジクロロベンザル−1−
インダノン,3′,4′−ジクロロベンザル−1−イン
ダノン,4′−ブロモベンザルインダノン等がある。
【0008】一般式(I)においてZがメトキシ基であ
り,n=3の場合Zは2′,3′および4′の位置に結
合し,n=2の場合Zは2′と5′の位置又は2′と
3′の位置に結合し,n=1の場合は3′の位置に結合
した化合物または一般式(I)においてZが塩素原子又
は臭素原子であっていずれも4′の位置に結合した化合
物が好ましい。例えば3′−メトキシベンザル−1−イ
ンダノン,2′,5′−ジメトキシベンザル−1−イン
ダノン,2′,3′−ジメトキシベンザル−1−インダ
ノン,2′,3′,4′−トリメトキシベンザル−1−
インダノン,4′−クロロベンザル−1−インダノン,
4′−ブロモベンザル−1−インダノンが好ましい。
【0009】また本発明になる非線形光学材料は上記の
一般式(I)で示される化合物を高分子化合物中に分散
あるいは溶解させた組成物であっても良い。高分子化合
物としては例えばメチル(メタ)アクリレート(メタア
クリレートまたはアクリレートを示す。以下同じ),エ
チル(メタ)アクリレート,n−ブチル(メタ)アクリ
レート,シクロヘキシル(メタ)アクリレート,(メ
タ)アクリル酸,スチレン,ビニルトルエン,ジビニル
ベンゼン,塩化ビニル,β−ヒドロキシエチル(メタ)
アクリレート等の単量体のホモポリマまたはコポリマ,
ポリエステル,ポリアミド,ポリウレタン,ポリカーボ
ネート,セルロースエステル,ポリエーテルなどが用い
られる。一般式(I)で示される化合物と相当する単量
体を混合した後に熱又は光の作用によって重合せしめて
組成物としても良く,上記の高分子化合物と一般式
(I)で示される化合物とを適当な溶媒を用いて溶解混
合させた後に溶媒を除去することによって組成物を得て
も良い。前者の場合には重合の最中にボーリングを行う
ことにより,あるいは前者,後者ともに組成物を得た後
にボーリングを行うことにより非線形光学性能を向上さ
せることも出来る。あるいは直流電場の存在下に上記の
一般式(I)で示される化合物を融点以上の温度に加熱
し溶融させた後に電場を保持しながら徐冷あるいは急冷
することにより分子の配向方向が制御された非線形光学
性能の高い単結晶あるいは分子ガラスを得ることも出来
る。
【0010】
【作用】本発明の化合物においてはアクセプタ基として
カルボニル基をその構造中に有し,これらがスチリルπ
電子系と共役しているため,励起状態での電荷移動によ
り大きな双極子モーメントが生じ高い超分極率を持ちこ
れによって高い非線形光学効果が得られる。
【0011】
【実施例】本発明をさらに実施例を用いて説明する。ベ
ンザル−1−インダノン化合物の合成例を以下に示す。
3′−メトキシベンザル−1−インダノン(化合物1)
の合成m−メトキシベンズアルデヒド(2.57g,1
8.9mmol),1−インダノン(2.5g,18.
9mmol),メタノール(15ml)および35%N
aOH水溶液(0.5ml)を100mlのナス型フラ
スコに入れ,さらに沸石を一片加え冷却用コンデンサを
つけて約1時間加熱還流した。放冷すると結晶が出て来
たのでこれを濾別しメタノールで良く洗浄した。収量は
約4.5g(95%)であった。生成物の構造はnm
r,irおよび吸収スペクトルで確認した。
【0012】2′,5′−ジメトキシベンザル−1−イ
ンダノン(化合物2),2′,3′−ジメトキシベンザ
ル−1−インダノン(化合物3),2′,3′,4′−
トリメトキシベンザル−1−インダノン(化合物4),
4′−クロロベンザル−1−インダノン(化合物5),
4′−ブロモベンザル−1−インダノン(化合物6)も
同様の方法で合成した。 比較例,実施例1〜6 各々の化合物の塩化メチレン溶液の吸収極大波長(λm
ax)と粉末法によって求めた第2高調波発生効率(S
HG効率,尿素を1とした時の第2高調波の強度比)の
結果を表1に示す。粉末法の概略は「ジャーナル・オブ
・アブライド・フイジックス」(Journal of
Applied Physics)Vol.36(1
968年)3798〜3813頁に詳しく述べられてい
る。粒径50μm〜150μmに分級した試料粉末を無
螢光スライドガラス(マツナミ硝子製)にはさみ,スペ
クトロレーザーシステム社製パルスNd:YAGレーザ
(SL303型,出力850mJ,半値幅15ns,パ
ルス当たりの出力50MW,ビーム径9.5mm,波長
1.064μm,繰返し周波数10Hz)により光照射
した。発生した532nmの第2高周波の強度を赤外フ
イルタ,UVフイルタを通して光電子増倍管により測定
した。
【0013】
【表1】
【0014】実施例7〜18 上記と同様の方法で合成した下記の化合物について吸収
極大波長と第2高調波発生の有無を実施例1〜6と同じ
パルスNd:YAGレ−ザを用いて532nmの緑色の
光が発生するかどうかを肉眼で判断した結果を表2に示
す。
【0015】
【表2】 * ここで「弱い」は尿素程度,「強い」は2−メチル
−4−ニトロアニリン程度,「中程度」はその中間くら
いの第2高調波発生強度を示す。
【0016】
【発明の効果】本発明により高い光学的非線形性を有す
る非線形光学材料を得ることができる。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(I)で示される化合物からなる
    非線形光学材料。 【化1】 (式中Zは炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜1
    0のアルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ア
    ラルキル基、アラルキルオキシ基、ハロアルキル基、塩
    素原子または臭素原子でありnは1〜5の整数である)
  2. 【請求項2】 一般式(I)においてZがメトキシ基で
    あり、n=3であり、Zは2′、3′および4′の位置
    に結合した化合物からなる非線形光学材料。
  3. 【請求項3】 一般式(I)においてZがメトキシ基で
    あり、n=2であり、Zは2′と5′の位置に結合した
    化合物からなる非線形光学材料。
  4. 【請求項4】 一般式(I)においてZがメトキシ基で
    あり、n=2であり、Zは2′と3′の位置に結合した
    化合物からなる非線形光学材料。
  5. 【請求項5】 一般式(I)においてZがメトキシ基で
    あり、n=1であり、Zは3′の位置に結合した化合物
    からなる非線形光学材料。
  6. 【請求項6】 一般式(I)においてZが塩素原子又は
    臭素原子であっていずれも4′の位置に結合した化合物
    からなる非線形光学材料。
  7. 【請求項7】 請求項1の式(I)で示される化合物を
    含有する組成物からなる非線形光学材料。
  8. 【請求項8】 請求項2、3、4または5で示される化
    合物を含有する組成物からなる非線形光学材料。
  9. 【請求項9】 請求項6で示される化合物を含有する組
    成物からなる非線形光学材料。
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