有機高分子薄膜の非線形光学効果とその応用に関する研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01420016
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 国府田 隆夫 東京大学, 工学部, 教授 (50010715)
• 研究分担者: 富岡 明宏 東京大学, 工学部, 助手 (10211400) ; 宮野 健次郎 東京大学, 工学部, 教授 (90167677) ; 長谷川 達生 東京大学, 工学部, 助手 ; 石川 謙 東京大学, 工学部, 助手 (10176159) ; 岩佐 義宏 東京大学, 工学部, 講師 (20184864)
• キーワード: 有機非線形光学材料 / 有機薄膜 / ポリジアセチレン / ポリシラン / 一次元励起子モデル / 三次非線形感受率 / 第三高調波発生 / 薄膜作製技術

研究概要

本研究計画の3年度目にあたる平成三年度では、従来扱ってきた共役系高分子ポリジアセチレンの非線形光学効果とその応用に関する研究に加え、さらに、Si原子が一次元的な主鎖上に連なり、"究極の量子細線"として最近非常に注目を集めつつある一次元シリコン高分子・ポリシランに焦点をあて、その三次非線形光学応答機構の解明、一次元的な電子状態、励起子状態などの解明に関する基礎的な研究を集中的に行った。ここでは、これらの研究成果について述ベる。
まず、ポリシランの光非線形応答の全貎を明らかにするために、三次非線形感受率スペクトルを、第三高調波発生法により可視から近赤外域に至る従来にない非常に広い波長範囲にわたって、精密な測定を行った。試料としては、側鎖に有機ヘキシル基(ーC_6H_<13>)をもちオ-ル・トランス構造の主鎖を有する。最も代表的なシリコンポリマ-・ポリージヘキシルシラン(PDHS)スピンキャスト薄膜を用いた。その結果ポリシランの一次元的な電子状態を反映した3つの共鳴構造を確認する事が出来た。
得られた結果をもとに、ポリシランの一次元的な電子状態について、一次元励起子モデルの立場に立ち、また一光子、二光子、電場変調吸収スペクトル等の他の光学スペクトルとの比較による考察を行った。その結果、共鳴構造の一つは、第二励起子準位に対する二光子共鳴構造と同定され、これを初めて観測することが出来た。また、強い励起子効果のために、一光子吸収では測定にかからない非束縛励起子状態に対する三光子共鳴による共鳴構造をも確認する事が出来た。この状態は、光非線形過程特有の多光子遷移を経ることによってのみ観測される状態であり、このような状態の同定によってポリシランの一次元的な電子状態に対する新たな知見を得、非線形光学応答において主要な役割を担う一次元励起子準位系列を現実の系において初めて確認する事が出来た。

研究成果

• [文献書誌] T.Hasegawa,K.Ishikawa,T.Kanetake,T.Koda,K.Takeda,H.Kobayashi,and K.Kubodera: "“Analysis of excitonic resonant effect in the thirdーorder nonlinear optical properties of polydiacetylene films"" Synthetic Metals. 41ー43. 3151-3156 (1991)
• [文献書誌] T.Koda,T.Hasegawa,K.Ishikawa,K.Takeda,H.Kobayashi,and K.Kubodera: "“Linear and nonlinear optical properties of quasi oneーdimensional excitons in conjugated polymer polydiacetylenes"" Journal of Luminescence. 48&49. 321-324 (1991)
• [文献書誌] K.Miyano and T.Hasegawa: "“Pressure anisotropy and orientational order of a polydiacetylene monolayer and its use as a template for vacuum deposition"" Thin Solid Films. 205. 117-123 (1991)
• [文献書誌] Y.Iwasa,E.Funatsu,T.Hasegaw,T.Koda,and M.Yamashita: "“Nonlinear optical study of quasiーoneーdimensional platinum complexes:Twoーphoton excitonic resonance effect“" Applied Physics Letters. 59. 2219-2221 (1991)
• [文献書誌] T.Hasegawa,Y.Iwasa,H.Kishida,T.Kada,Y.Tokura,H.Tachibana,and Y.Kawabata: "“Twoーphoton resonant thirdーharmonic generation in polysilanes"" Physical Review B.(1992)
• [文献書誌] Y.Iwasa,T.Hasegawa,T.Kada,Y.Tokura,H.Tachibana,and Y.Kawabata: "“Resonance enhancement effect in nonlinear optical susceptibility of polysilanes"" Synthetic Metals. (1992)