高分子ー色素ホストゲスト系の高次構造制御により発現する非線形光学効果に関する研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02452073
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 宮田 清蔵 東京農工大学, 工学部, 教授 (90015066)
• 研究分担者: 渡辺 敏行 東京農工大学, 工学部, 助手 (10210923)
• キーワード: 光第二高調波発生 / ホスト-ゲスト / パラニトロアニリン / トランスクリスタル

研究概要

近年、有機材料の光第二高調波発生(SHG)に関する研究が活発に行われている。SHGは非中心対称構造を有する結晶にのみ発現する。このような観点からホストーゲスト系材料に電界を印加してSHG活性を付与するポ-ルドポリマ-が注目を集めるようになった。しかしこの手法を用いると、配向したNLO分子が時間と共に緩和し、SHG活性が減衰してしまうという問題があった。そこで我々は高分子と色素の相互作用を利用して色素分子の配向を安定化させる手法を開発した。単独ではSHG活性を示さないパラニトロアニリン(pNA)と脂肪族ポリエステルを混合し、結晶化させるとpNAとポリマ-間に働く水素結合のため電界を印加することなしにSHG活性が発現することを見いだした。特にホストポリマ-がポリーεーカプロラクトン(PCL)の場合、pNAの組成比が25Wt%になると共晶構造を形成し、PCLの結晶成長方向を制御することによりSHG活性なpNAが一方向に配向したトランスクリスタルが作製できた。このpNA結晶薄膜の非線形光学定数はd_<33>=250pm/Vである。またこの系のSHG活性は1年以上に渡って減少しなかった。次にどのようなゲスト分子を用いるとポ-ルドポリマ-のSHG活性の緩和を防げるかについて検討した。配向ガスモデルを用いた解析の結果β_<XYY>などの非対角テンソル成分を持つ分子を用いると多少の配向緩和が起きても非線形光学定数は減衰しないことを見いだした。実際にβxyyテンソルが大きいpNAの2量体を合成してゲスト分子として用い、βxxxしか持っていないド-パント分子と比較したところ、SHG活性の緩和が遅くなっていることが判明した。本研究で開発された材料を用いることにより安定な非線形光学デバイスが作製できるであろう。

研究成果

• [文献書誌] Akio Hayashi: "Second Harmonic Generation of Poled 4ー[NーMethylーNー(4'ーnitrophenyl)aminomethyl]ーstyrene Polymer Film" Chem.Mater. 3. 6-8 (1991)
• [文献書誌] Hari S.Nalwa: "Second Harmonic Generation in LangmuirーBlodgett Monolayer of a TwoーDimensional ChargeーTransfer Molecule:N,N'ーDioctadecylー4,6ーDinitroー1,3ーDiaminobenzene" Jpn.J.Appl.Phys.30. 983-989 (1991)
• [文献書誌] Sang Cheol Lee: "The Effect of Physical Aging on the TimeーDecay Behavior of Second Harmonic Generation Activity in a Poled Polymer Film" Polymer Journal. 23. 1209-1212 (1991)
• [文献書誌] H.Yamamoto: "New molecular design approach for noncentrosymmetric crystal structures:Lambda(Λ)ーshaped molecules for frequency doubling" Appl.Phys.Lett.60. 935-937 (1992)
• [文献書誌] T.Watanabe: "Second Harmonic Generation in TwoーDirectional Charge Transfer MoleculesーPolymer Systems" The Proc.of 5th Toyota conference. (1992)
• [文献書誌] 渡辺 敏行: "新・有機非線形光学材料I(材料開発の最先端)" CMC, 11 (1991)
• [文献書誌] H.S.Nalwa: "Progress in Photochemistry and Photophysics Volume V" CRC, 83 (1992)