JP2727764B2

JP2727764B2 - 非線形光学材料

Info

Publication number: JP2727764B2
Application number: JP40925390A
Authority: JP
Inventors: 誠鍛治
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JPH04233520A

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，ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ
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
ＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＯｒｇ
ａｎｉｃＭｏｌｅｃｕｌｅｓａｎｄＣｒｙｓｔａ
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（ＯｒｇａｎｉｃＲｅａｃｔｉｏｎ）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」（Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）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

(57)【特許請求の範囲】

【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）
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。