高分子の高次構造制御により発現する屈折率異方性を利用した新しい波長変換素子の開発

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06750918
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 渡邉 敏行 東京農工大学, 工学部, 助手 (10210923)
• Keywords: 非線形光学効果 / 光高調波発生 / 高分子 / 位相整合 / ポリウレア / 屈折率 / 複屈折

Research Abstract

二次の非線形光学材料を用いて効率よく第二高調波を発生させるためには位相整合条件を満たさなければならない。位相整合法にはバルクによるものと導波路を利用したものがある。非線形光学高分子はこれまで導波路を用いた位相整合法のみが研究されてきた。高分子は延伸、ポーリングにより屈折率を変化させることが可能である。その屈折率を制御することができれば任意の波長において非臨界位相整合をとることができる。
本研究の目的は非線形光学高分子の各誘電主軸の屈折率制御とその屈折率制御を利用したバルク位相整合SHGの実証である。
本実験で用いたポリウレアは縮重合により合成した。このポリウレアは主鎖にベンゼン環が入っており、分子鎖方向の分極率が最も大きくなると考えられる。キャスト法により作製した膜を異なる倍率で延伸した後、172℃(Tg=175℃)、8KVでコロナポーリングを行った。m-ライン法により各延伸倍率の屈折率の測定を行い、メーカ・フリンジ法により波長(1064nm)の非線形光学定数を求めた。
1.7倍延伸ポーリングした膜の非線形光学定数はd_<11>=1.4、d_<13>=0.6、d_<12>=0.2pm/Vとなった。d_<13>≠d_<12>となるのは延伸、ポーリングすることにより点群mm2の対称性を持つようになるからだと考えられる。この高分子の二次の非線形特性は尿素基に由来するものである。尿素の非線形光学感受率はβ_<xzz>>β_<xyy>≒0となっており、延伸とポーリングにより膜のd_<13>に対してβ_<xzz>が有効に作用するようになりd_<13>>d_<12>になると考えられる。1.7倍延伸した試料の位相整合特性を調べた所、θ=90、φ=49.2において高分子材料では初めてバルク状態で位相整合が達成されていることが確認できた。

Research Products

• [Publications] S.Tasaka: "Ferro electric Polarization Reversal Stabilized by Hydrogen Bonding in N-Phenylated Aromatic Polyurea" Polym.J.26. 505-507 (1994)
• [Publications] H.S.Nalwa: "Aromatic Polyureas.A new Class of Chromophric Mair Chain Polymers for Second-Order Nonlinear Optics" Nonlinear Opt.8. 157-172 (1994)
• [Publications] 渡邉敏行: "光非線形 非線形光学材料としての液晶性高分子の新しい可能性" 高分子. 43. 736-737 (1994)