[发明专利]非线性光学材料

说明书

本发明涉及非线性光学材料及其应用，更具体地说，涉及非线性有机玻璃材料及其用于使电磁辐射转换。

二次谐振（SHG）包括把具有某一初始波长的光波转变成其波长为该初始波长一半的光波。常见二次谐振是通过把一束输入波耦合到一种能实现波长转变的非线性光学材料上得到的。已有人报道各种类型的非线性光学材料适用于二次谐振。这些材料中有结晶状固体（例如见美国专利No.4，909，964），液晶（例如见G.R.Meredith等人，“Characterization    of    Liquid    Crystalline    Polymers    for    Electro-Optic    Applications”A.C.S.Symp.Ser.，1983，233（Nonlinear    Opt.Prop.Org.Polym.Mater.），109-33），和聚合物玻璃（例如见K.D.Singer等人，“Second    Harmonic    Generation    in    Poled    Polymer    Films”，Appl.Phys.Lett.49（5）1986）。

一般来说，用于非线性光学用途如二次谐振的玻璃状材料，是通过极化，即在电场作用下使该材料从其玻璃化温度（Tg）以上的温度冷却到其Tg以下的温度的过程制备的。极化使得在Tg以上的温度在电场作用下在该玻璃状材料内部能进行极性取向。这种取向是通过冷却到Tg以下的温度锁定的。在不存在电场的情况下重新加热该材料至其Tg以上的温度，一般导致取向的迅速丧失，对于诸如二次谐振这样一些用途来说所需的整体非线性性能也相应迅速丧失。玻璃状聚合物的极化会受到聚合物主链和/或该聚合物中所包含的间隔基团限制。

最近，在M.Eich等人的论文“Second    Harmonic    Generation    in    Poled    Organic    Monomeric    Glasses”，J.Opt.Soc.Am.B.6（8）pp.1590-1597，1989中，已报道某些非聚合物有机玻璃适用于二次谐振。据报道，同带有连接的或添加的非线性片段的聚合物的情况相比，人们可以得到更高的非线性活性基团密度，因而在非聚合有机玻璃中有可能获得更高的光学非线性，因为其中不含有聚合物主链和间隔基团。然而，所使用的化合物，即（S）-2-N-α-（甲基苄基氨基）-5-硝基吡啶和2-N-（环辛基氨基）-5-硝基吡啶，有相当低的Tg（即分别约0℃和-10℃）。由于这些Tg对大多数实际应用来说太低，可认为这些材料的实用性是有限的。

本发明提供玻璃化温度在约30℃以上的非线性有机玻璃组合物。本发明包括基本上由具有下列化学式之一的化合物组成的极化组合物：

式中n是0～2的一个整数，m是0～1的一个整数，p是1～20的一个整数，每个A独立地选自由H，OH，NH₂，OCOR和OCH₂CH₂OH组成的一组基团，X选自由下列基团组成的一组基团：

Z选自由CH和N组成的一组基团，Y选自由H，CN，NO₂，C（CN）＝C（CN）₂，CO₂R″，SO₂C（A′）₃和COC（A′）₃组成的一组基团，每个A′独立地选自由H，F，Cl，Br，I，含有1～20个碳原子的烷基，含有1～20个碳原子的氟代烷基，含有6～12个碳原子的芳基，SR″和OR″组成的一组基团。R″选自由含有1～20个碳原子的烷基组成的一组基团，R选自由氢、含有1～20个碳原子的烷基和含有6～12个碳原子的芳基组成的一组基团，而Y′选自由R和OR组成的一组基团。

本发明还包括基本上由从下列一组中选择的化合物组成的极化组合物：

按照本发明，也提供基本上由所述化合物的混合物组成的极化组合物。

本发明也提供可用于制作所述极化组合物的新化合物;和使用一种非线性光学元件使电磁辐射转换的方法，其特征是使用这样一种极化组合物作为该非线性光学元件。