有機薄膜結晶の成長と、電気光学および非線形光学効果を用いた光素子の作製

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本年度は有機非線形光学分子性結晶アダマンチルアミノニトロピリジン(AANP)の薄膜単結晶化の検討を進めた。本研究室で開発した、ワイヤーヒーターを熱源とするペデスタル成長法によって、形成した結晶溶融ゾーンに接触させた種と同一方位の結晶を、溶融ゾーンから引き上げて薄膜単結品を得た。すなわち、ガラスセルに挟んだ溶融ゾーンに所定の方位を持つ種結晶を接触して引き上げ、結晶のa, b, c各軸方向に方位制御された結晶が得られることを確認した。さらに波長1.3μmで位相整合する角度(傾き)を持つ結晶を得ることができた。実際にこの結晶に1.3μmのレーザ光を照射し、強い2次高調波発生(SHG)が確認できた。このように非線形光学効果を有する有機結晶の薄膜化の実現によって、新規な結晶光素子の作製が容易になると期待できる一方、優れた電気光学効果を有する有機イオン性結晶、ジメチルアミノスチルバゾリウムトシレート(DAST)は、メタノール溶媒からの再結晶によってのみ高品質結晶が得られる。しかし、上記AANPのように融液から結晶が作製できれば、光導波路化など結晶素子作製が容易になる。しかしDAST結晶は融点と分解温度が10度以内であるため溶融結晶化が困難である。そこで、DASTと類似の構造を有するイオン性結晶をいくつか選択し、これとDASTの混晶作製の可能性を検討した。その結果、ある種の類縁体が、光非線形性を60%程度維持しつつ、溶融結晶化が可能であると判明した。これは混晶とすることで、融点が50℃以上低下し、分解温度との差が大きくなって融解しても分解が生じないためである。この混晶を用い、ブリッジマンストックバーガー法を用いて単結晶成長を行った。ガラスルツボの中に良質結晶が得られ、ルツボより取り出してX線結晶解析を行い、波長1.3μmで位相整合が取れる方向に結晶を切り出した。SHGを測定したところ、強い赤色光が観測された。現在のところ結晶サイズが未だ小さいため、今後ガラスルツボのサイズを変更し、大型結晶成長の実現を目指す。