JPH02226125A - Organic nonlinear optical materials - Google Patents
Organic nonlinear optical materialsInfo
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- JPH02226125A JPH02226125A JP4546589A JP4546589A JPH02226125A JP H02226125 A JPH02226125 A JP H02226125A JP 4546589 A JP4546589 A JP 4546589A JP 4546589 A JP4546589 A JP 4546589A JP H02226125 A JPH02226125 A JP H02226125A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は有機非線形光学材料に関する。さらに詳しくは
、レーザー光の波長変換、光通信、光集積回路、光情報
処理などの分野において有用な。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to organic nonlinear optical materials. More specifically, it is useful in fields such as wavelength conversion of laser light, optical communication, optical integrated circuits, and optical information processing.
幅広い可視光領域で使用可能である有機非線形光学材料
に間する。We use organic nonlinear optical materials that can be used in a wide range of visible light.
従来の技術 オプトエレクトロニクス分野の新素子として。Conventional technology As a new element in the field of optoelectronics.
非線形光学素子の実現を目積した材料探索が数多くなさ
れている。非線形光学材料は無機材料と有機材料に大別
され、従来、非線形光学材料としては、例エバ、KH2
PO4やL 1Nbo3などの無機誘電体が用いられて
いる。Many efforts have been made to search for materials with the aim of realizing nonlinear optical elements. Nonlinear optical materials are broadly classified into inorganic materials and organic materials. Conventionally, nonlinear optical materials include EVA, KH2
Inorganic dielectrics such as PO4 and L1Nbo3 are used.
しかしながら、これらの無機非線形光学材料は、その光
学的非線形性が十分でない上に、工業的に利用するには
極めて大きな単結晶を作る必要がある。また、十分な非
線形光学効果を発現させるためには、強いレーザー光を
必要とする。However, these inorganic nonlinear optical materials do not have sufficient optical nonlinearity and require the production of extremely large single crystals for industrial use. In addition, strong laser light is required to produce a sufficient nonlinear optical effect.
一方、π電子共役系を有する有機化合物は、その分子自
体の性能の大きさと高速の応答性から、非線形光学材料
として注目されている(M口n1inearOptic
al Properties of Organ
ic and PolymericMateria
ls、 ACS Sympasrum 5eri
es 233 (1983)) 。On the other hand, organic compounds with a π-electron conjugated system are attracting attention as nonlinear optical materials due to the high performance and high-speed response of the molecules themselves (M-inear Optic).
al Properties of Organ
ic and PolymericMateria
ls, ACS Sympasrum 5eri
es 233 (1983)).
2次の非線形光学効果によって、第二高調波を発生させ
るには、結晶の対称中心を除去する必要がある。その方
法として、非対称位置への置換基の導入、光学活性な化
合物の利用、包接化合物の利用1分子塩での対イオン選
択の利用5分子間水素結合の利用、双極子モーメントの
制御、LB膜の利用などがある。In order to generate second harmonics due to second-order nonlinear optical effects, it is necessary to remove the center of symmetry of the crystal. The methods include introduction of substituents into asymmetric positions, use of optically active compounds, use of clathrate compounds, use of counter ion selection in monomolecular salts, use of hydrogen bonds between five molecules, control of dipole moment, LB Examples include the use of membranes.
例えば、非対称位置へ置換基を導入することにより対称
中心を除去したm−ニトロアニリンや2−メチル−4−
ニトロアニリン(以下、MNAと略す)などが知られて
おり、このMNAを用いた光デバイスに関するものとし
て、米国特許4.199.OH号、特開昭55−500
.980号公報等がある。For example, m-nitroaniline and 2-methyl-4-
Nitroaniline (hereinafter abbreviated as MNA) is known, and US Patent No. 4.199. OH issue, JP-A-55-500
.. There are publications such as Publication No. 980.
これらの有機化合物においては、光学的非線形性は優れ
るものの、まだ十分ではなく、また、可視光領域、特に
400 nys近傍に吸収を有している。Although these organic compounds have excellent optical nonlinearity, they are still not sufficient, and they also have absorption in the visible light region, particularly in the vicinity of 400 nys.
有機非線形光学材料を波長変換、特に第二高調波発生に
応用する場合、その第二高調波の波長に光吸収を持たな
い材料が要望されている。たとえば、近赤外波長域で動
作するGaAlAs系半導体レーザーの第二高調波発生
に応用する場合、400 nm近傍で吸収を持たない材
料が望まれている。また。When applying organic nonlinear optical materials to wavelength conversion, particularly to second harmonic generation, there is a need for materials that do not absorb light at the wavelength of the second harmonic. For example, when applied to second harmonic generation of a GaAlAs semiconductor laser operating in the near-infrared wavelength region, a material that does not have absorption near 400 nm is desired. Also.
さらに短波長の光源と組み合わせて使用する場合には、
それに応じた波長領域での透明性が求められる。When used in combination with a shorter wavelength light source,
Transparency in a corresponding wavelength range is required.
一方、π電子共役系を持つフッ素化合物として、1.3
−ジオキソラン誘導体が知られている(製部、河野、第
13回フッ素化学討論会予稿集、p9B(1988))
。On the other hand, as a fluorine compound with a π-electron conjugated system, 1.3
-Dioxolane derivatives are known (Seibu, Kono, Proceedings of the 13th Fluorine Chemistry Symposium, p9B (1988))
.
発明が解決しようとする課題
従って、本発明の目的は結晶状態において光学的非線形
性を示し、かつ、可視光の短波長領域で使用可能な有機
非線形光学材料を提供することである。Problems to be Solved by the Invention Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic nonlinear optical material that exhibits optical nonlinearity in a crystalline state and can be used in the short wavelength region of visible light.
課題を解決するための手段
本発明は上記目的を達成するため、アクセプター性の置
換基として可視光領域に光吸収を持たないトリフルオロ
メチル基を有することを特徴とする。すなわち、下記の
式[工] :
化合物例
(式中、R1、R2はそれぞれ置換されていてもよい脂
肪族炭化水素基もしくは置換されていてもよい芳香族炭
化水素基であり、また、R7とR2は一体となり環状構
造を形成しうる。)で示される1、3−ジオキンラン誘
導体からなる有機非線形光学材料である。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention is characterized by having a trifluoromethyl group that does not absorb light in the visible light region as an acceptor substituent. That is, the following formula [E]: Compound example (wherein R1 and R2 are each an optionally substituted aliphatic hydrocarbon group or an optionally substituted aromatic hydrocarbon group, and R7 and This is an organic nonlinear optical material consisting of a 1,3-dioquinrane derivative represented by R2, which can be combined to form a cyclic structure.
前記R,,R2で示される置換基としては、例えばメチ
ル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、な
どの脂肪族炭化水素基、フェニル基、ナフチル基などの
芳香族炭化水素基が挙げられる。Examples of the substituent represented by R, R2 include aliphatic hydrocarbon groups such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, and i-propyl group, and aromatic hydrocarbon groups such as phenyl group and naphthyl group. can be mentioned.
またこれらの炭化水素基の水素は任意の置換基で置換さ
れていてもよい。Further, hydrogen of these hydrocarbon groups may be substituted with any substituent.
また、R1とR2が一体となり環状構造を形成していて
もよく、例えば、シクロペンタン環、シクロヘキサン環
、シクロヘプタン環などが挙げられる。Further, R1 and R2 may be combined to form a cyclic structure, such as a cyclopentane ring, a cyclohexane ring, a cycloheptane ring, and the like.
以下に1本発明における化合物の具体例を示す。Specific examples of compounds in the present invention are shown below.
本発明の化合物は室温条件下、?−ブロモー3゜3,3
−トリフルオロプロペンとケトン類との反応により得る
ことができる(製部、河野、第13回フッ素化学討論会
予稿集、p 9B(1988)) −前記のように、p
−ニトロアニリン、MNA、m−ニトロアニリンなどの
ニトロアニリン系の化合物は1分子レベルで大きな光学
的非線形性を示す一方で可視領域に光吸収を持つ。Compounds of the present invention under room temperature conditions? -bromo 3゜3,3
- Can be obtained by the reaction of trifluoropropene and ketones (Seibe, Kono, Proceedings of the 13th Fluorine Chemistry Symposium, p. 9B (1988)) - As mentioned above, p
-Nitroaniline compounds such as nitroaniline, MNA, and m-nitroaniline exhibit large optical nonlinearity at the single molecule level, while also having light absorption in the visible region.
この原因はニトロ基による光吸収が可視領域近傍にあり
、さらに、ドナー・アクセプター効果による深色効果に
よって光吸収帯がさらに長波長に移動するためである。This is because the light absorption by the nitro group is near the visible region, and furthermore, the light absorption band is shifted to longer wavelengths due to the bathochromic effect due to the donor-acceptor effect.
すなわち、可視領域に光吸収のない化合物を得るために
はアクセプター性の置換基として、発色団であるニトロ
基以外の基を選択することが一つの方法として考えられ
る0本発明の場合、比較的強いアクセプター性を持ち、
かつ、可視領域に吸収を持たないトリフルオロアルキル
基を選択することによりそれを達成している。In other words, one way to obtain a compound that does not absorb light in the visible region is to select a group other than the chromophore nitro group as the acceptor substituent. Has strong acceptor properties,
This is achieved by selecting a trifluoroalkyl group that has no absorption in the visible region.
本発明の化合物はπ共役系である二重結合をはさんだア
クセプター性の強いトリフルオロメチル基とドナー性の
ケタール構造により構成されている。このような分子構
造は電荷移動相互作用を大きくし、そのため、光学的非
線形性を大きくすることができるので有効である。The compound of the present invention is composed of a trifluoromethyl group with strong acceptor properties and a ketal structure with donor properties sandwiching a double bond which is a π-conjugated system. Such a molecular structure is effective because it can increase charge transfer interaction and therefore increase optical nonlinearity.
実施例 以下、実施例にて本発明をさらに詳細に説明する。Example Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
実施例1
[2,2,5,5,−テトラメチル−4−トリフルオロ
エチリデン−1,3−ジオキソラン(先に構造を示した
化合物例1)の合成]
300−三ツ口フラスコに還流冷却器、滴下ロート、ス
ターラーをとりつけ、乾燥したテトラヒドロフラン(T
HF)120−を入れ、内部雰囲気を窒素で置換した。Example 1 [Synthesis of 2,2,5,5,-tetramethyl-4-trifluoroethylidene-1,3-dioxolane (Compound Example 1 whose structure was shown above)] A reflux condenser was placed in a 300-three-necked flask, Attach a dropping funnel and stirrer and add dry tetrahydrofuran (T
HF)120- was introduced, and the internal atmosphere was replaced with nitrogen.
ここにナトリウムメトキサイド粉末20g (370,
4gaol)を注意深く添加し、攪拌した。Here, 20g of sodium methoxide powder (370,
4 gaol) was carefully added and stirred.
次に、2−プロモトリフルオロプロペン32.4g(1
85,1mmol)とアセトン22g (378,8m
1Iol)の混合物を2時間で滴下した。この時、激し
く攪拌を行ない温度を20℃に保った0滴下終了後、温
度を20℃に保ち、さらに2時間攪拌した。Next, 32.4 g (1
85,1 mmol) and acetone 22 g (378,8 m
A mixture of 1 Iol) was added dropwise over 2 hours. At this time, the temperature was maintained at 20° C. by vigorous stirring. After the completion of 0 dropwise addition, the temperature was maintained at 20° C. and further stirred for 2 hours.
次に、反応混合物に0℃で水100−を滴下した後、ジ
エチルエーテル240−で抽出を行なった。Next, 100% of water was added dropwise to the reaction mixture at 0° C., followed by extraction with 240% of diethyl ether.
有機層は水層が中性になるまで飽和食塩水で洗浄した後
、硫酸マグネシウムで乾燥を行なった。The organic layer was washed with saturated brine until the aqueous layer became neutral, and then dried over magnesium sulfate.
抽出物は溶媒を減圧下注意深く留去後、ヘキサン、シリ
カゲルを用いたカラムクロマトグラフィーにより精製を
行ない、無色結晶を得た。収量36g (171,4厘
履o1)、収率92.4%、融点は84℃であった。After carefully distilling off the solvent under reduced pressure, the extract was purified by column chromatography using hexane and silica gel to obtain colorless crystals. The yield was 36 g (171.4 x 1), the yield was 92.4%, and the melting point was 84°C.
以下に、各種スペクトルの分析結果を示す、測定はそれ
ぞれ’ H−NMRおよび’9 F −N M RはV
arian製VXR−300A、13C−NMRはJO
EL製FX−100,IRはJasca製s+odel
A−200を用いて実施した。The analysis results of various spectra are shown below.The measurements are 'H-NMR and '9F-NMR, respectively.
Arian VXR-300A, 13C-NMR is JO
EL made FX-100, IR is Jasca made s+odel
It was carried out using A-200.
’H−NMR: δ (CDC13)PPPI348
(s、6H)
1.53(s、6H)
4.48 (q、 I H,j =7.2 Hz)”F
−NMR: δ (CDC13)PP■−57,14
(d)
I3C−NMR: δ (CDC13) PPlI
27.9B、 29.47、 82.92.83 、7
9 .114.3B、 124.23、1813.[1
2I R: (KB r)c@−’
3000、1680、1390、1270、1185、
1120.1020.945
この化合物はアルコール−水混和溶媒などの溶媒を用い
て容易に結晶化が可能である。'H-NMR: δ (CDC13) PPPI348
(s, 6H) 1.53 (s, 6H) 4.48 (q, I H,j =7.2 Hz)”F
-NMR: δ (CDC13)PP■-57,14
(d) I3C-NMR: δ (CDC13) PPlI
27.9B, 29.47, 82.92.83, 7
9. 114.3B, 124.23, 1813. [1
2I R: (KB r)c@-' 3000, 1680, 1390, 1270, 1185,
1120.1020.945 This compound can be easily crystallized using a solvent such as an alcohol-water mixed solvent.
次に、Kurtzらの提案した粉末法(S、に、Kur
tz。Next, the powder method proposed by Kurtz et al.
tz.
T、T、Perry、 J、 Appl、 Phys、
、 3% 3713B (19H))に準じて第二高調
波の観察を行ない、光学的非線形性の有無を調べた。サ
ンプルは上記の方法で得た結晶を平均粒径too p、
mに調製し、Nd : YAGレーザーの基本波(波
長1084n■)を照射することにより発生する第二高
調波(波長532n耐を観察した。T., T., Perry, J., Appl., Phys.
, 3% 3713B (19H)) to examine the presence or absence of optical nonlinearity. The sample is a crystal obtained by the above method with an average particle size too p,
The second harmonic (wavelength 532n) generated by irradiation with the fundamental wave (wavelength 1084n) of Nd:YAG laser was observed.
その結果、第二高調波の緑色の光が観察された、また、
エタノールに化合物を溶解することにより、10−4鳳
o1/fLの溶液とし、紫外・可視分光光度計で吸収ス
ペクトルを測定することにより、その可視光透過特性を
調べたところ入厘axは205 n厘、λcut−of
fは247 nmテあった。ここで、入sag とは最
も長波長側の光吸収の極大波長のことであり、λcut
−off (カットオフ波長)とは短波長側の吸収端
のことである。As a result, second harmonic green light was observed, and
By dissolving the compound in ethanol, a solution of 10-4 o1/fL was obtained, and its visible light transmission characteristics were investigated by measuring the absorption spectrum with an ultraviolet/visible spectrophotometer.厘、λcut-of
f was 247 nm. Here, input sag is the maximum wavelength of light absorption on the longest wavelength side, and λcut
-off (cutoff wavelength) is the absorption edge on the short wavelength side.
実施例2
[2,5,−ジペンタメチレン−4−トリフルオロエチ
リデン−1,3−ジオキソラン(先に構造を示した化合
物例2)の合成]
300 J三ツロフラスコに還流冷却器、滴下ロート、
スターラーをとりつけ、乾燥したテトラヒドロフラン(
THF)120−を入れ、内部雰囲気を窒素で置換した
。ここにナトリウムメトキサイド粉末20g (370
,4■鵬o1)を注意深く添加し、攪拌した。Example 2 [Synthesis of 2,5,-dipentamethylene-4-trifluoroethylidene-1,3-dioxolane (Compound Example 2 whose structure was shown above)] A 300 J three-way flask was equipped with a reflux condenser, a dropping funnel,
Attach a stirrer and dry tetrahydrofuran (
THF) 120- was added, and the internal atmosphere was replaced with nitrogen. Here, add 20g of sodium methoxide powder (370
, 4■ Peng o1) was carefully added and stirred.
次に、2−プロモトリフルオロプロペン32.4g(1
85,1腸層of)とシクロヘキサノン37g (37
7,0履■ol)の混合物を2時間で滴下した。この時
、激しく攪拌を行ない温度を20℃に保った0滴下終了
後、温度を20℃に保ち、さらに2時間攪拌した。Next, 32.4 g (1
85,1 intestinal layer of) and 37 g of cyclohexanone (37
7.0 OL of the mixture was added dropwise over 2 hours. At this time, the temperature was maintained at 20° C. by vigorous stirring. After the completion of 0 dropwise addition, the temperature was maintained at 20° C. and further stirred for 2 hours.
次に、反応混合物に0℃で水100−を滴下した後、ジ
エチルエーテル240シで抽出を行なった。Next, 100 μl of water was added dropwise to the reaction mixture at 0° C., followed by extraction with 240 μl of diethyl ether.
有機層は水層が中性になるまで飽和食塩水で洗浄し、硫
酸マグネシウムで乾燥を行なった。The organic layer was washed with saturated brine until the aqueous layer became neutral, and dried over magnesium sulfate.
抽出物は溶媒を減圧下注意深く留去後、ヘキサン、シリ
カゲルを用いたカラムクロマトグラフィーにより精製を
行ない、無色結晶を得た。収量52.8g (181,
2m*ol) 、収率87.9%、融点は64℃であっ
た。以下に、各種スペクトルの分析結果を示す。After carefully distilling off the solvent under reduced pressure, the extract was purified by column chromatography using hexane and silica gel to obtain colorless crystals. Yield 52.8g (181,
2m*ol), yield 87.9%, and melting point 64°C. The analysis results of various spectra are shown below.
’H−NMR:δ(CDC13) PP■1.17〜1
.85 (m、20H)
4.43(q、IH)
19 F−NMR: δ (CDC13) PP腸
−513,95(d)
I R: (neat) cm−”2350.
1835.1385.1255.1230.1115.
1080、860
この化合物も実施例1に準じて結晶化を行なうことがで
き、実施例1の方法を用いて結晶の光学的非線形の有無
を調べたところ、第二高調波の緑色の光が確認された。'H-NMR: δ (CDC13) PP■1.17~1
.. 85 (m, 20H) 4.43 (q, IH) 19 F-NMR: δ (CDC13) PP intestine-513,95 (d) I R: (neat) cm-”2350.
1835.1385.1255.1230.1115.
1080,860 This compound can also be crystallized according to Example 1, and when the presence or absence of optical nonlinearity of the crystal was examined using the method of Example 1, green light of the second harmonic was confirmed. It was done.
また、同様に実施例1に準じて可視光透過特性を調べた
ところλ履a!は208n+w、λcut−offは2
44 usであった。Also, when the visible light transmission characteristics were similarly investigated according to Example 1, λ was a! is 208n+w, λcut-off is 2
It was 44 us.
これらの結果より明らかなように本発明の化合物は従来
の化合物にくらべて可視光から紫外“光領域までの広い
範囲で透明で、かつ、光学的非線形性を示すことがわか
る。As is clear from these results, the compound of the present invention is more transparent in a wide range from visible light to ultraviolet light region than conventional compounds, and exhibits optical nonlinearity.
発明の効果 以上述べたように、本発明の化合物によれば。Effect of the invention As stated above, according to the compound of the present invention.
従来の材料よりも可視光から紫外光領域まで透明である
ことを利用して、波長変換、各種の情報処理の分野にお
いて、短波長の光源と組み合わせて使用が可能となる。Utilizing the fact that it is more transparent than conventional materials from visible light to ultraviolet light, it can be used in combination with short wavelength light sources in the fields of wavelength conversion and various information processing.
Claims (1)
い脂肪族炭化水素基もしくは置換されていてもよい芳香
族炭化水素基であり、また、R_1とR_2は一体とな
り環状構造を形成しうる。)で示される1,3−ジオキ
ソラン誘導体からなる有機非線形光学材料。[Claims] Formula [I]: ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼... [I] (In the formula, R_1 and R_2 are each an optionally substituted aliphatic hydrocarbon group or an unsubstituted aliphatic hydrocarbon group. (R_1 and R_2 may be combined to form a cyclic structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4546589A JPH02226125A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Organic nonlinear optical materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4546589A JPH02226125A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Organic nonlinear optical materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02226125A true JPH02226125A (en) | 1990-09-07 |
Family
ID=12720124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4546589A Pending JPH02226125A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Organic nonlinear optical materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02226125A (en) |
-
1989
- 1989-02-28 JP JP4546589A patent/JPH02226125A/en active Pending
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