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JP5147064B2 - Method for producing organic optical single crystal - Google Patents
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Description

本発明は、有機光学単結晶から発生するテラヘルツ波の発生時間を向上させた有機光学単結晶の製造方法、およびその製造された有機光学単結晶に関する。   The present invention relates to a method for producing an organic optical single crystal with improved generation time of terahertz waves generated from the organic optical single crystal, and the produced organic optical single crystal.

有機光学結晶として、スチルバゾリウム誘導体、なかでもスチルバゾリウム誘導体であるDAST(4−ジメチルアミノ−N−メチル−4−スチルバゾリウムトシレート)結晶、DASC(4−ジメチルアミノ−N−メチル−4−スチルバゾリウム−p−クロロベンゼンスルホネート)結晶、MC−PTS(メロシアニン−p−トルエンスルホン酸)結晶、またMMONS(3−メチル−メトキシ−4’−ニトロスチルベン)結晶、DAD((−)4−(4’−ジメチルアミノフェニル)−3−(2’―ヒドロキシプロピルアミノ)シクロブテン−3、4−ジオン)結晶、およびLAP(L−アルギニン ホスフェート モノ−ハイドレート)結晶、pNA(4−ニトロアニリン)、MNA(2−メチル−ニトロアニリン)結晶等の各種有機結晶が知られており、無機光学結晶と比較して高い非線形性を有し、光損傷の閾値も高いため波長変換素子、光素子等への応用が期待されている。   Organic optical crystals include stilbazolium derivatives, in particular DAST (4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate) crystals which are stilbazolium derivatives, DASC (4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium) -P-chlorobenzenesulfonate) crystal, MC-PTS (merocyanine-p-toluenesulfonic acid) crystal, MMONS (3-methyl-methoxy-4'-nitrostilbene) crystal, DAD ((-) 4- (4'-) Dimethylaminophenyl) -3- (2′-hydroxypropylamino) cyclobutene-3,4-dione) crystals, and LAP (L-arginine phosphate mono-hydrate) crystals, pNA (4-nitroaniline), MNA (2 -Methyl-nitroaniline) and other organic crystals It is known and has high nonlinearity as compared with inorganic optical crystal, the wavelength conversion element for the threshold is high photodamage, application to optical elements is expected.

これら有機光学結晶のなかでも有機非線形光学結晶としてスチルバゾリウムカチオン誘導体であるDAST結晶、DASC結晶、MC−PTS結晶は、その非線形光学効果や電気光学効果を利用して、テラヘルツ波発生装置、テラヘルツ波検出素子および高感度電界センサー等への適用が期待されており、様々な研究開発が行われている。   Among these organic optical crystals, DAST crystal, DASC crystal, and MC-PTS crystal, which are stilbazolium cation derivatives, are used as organic nonlinear optical crystals by utilizing the nonlinear optical effect and electro-optical effect, Expected to be applied to terahertz wave detection elements, high-sensitivity electric field sensors, etc., various research and development have been conducted.

これまでに、DAST結晶においては結晶の成長速度や成長環境といった結晶育成の面から種々の提案がなされている。例えば、欠陥のない均一な結晶を提供するものとして、傾斜させた基板上に自然核成長させ、その後比重差溶媒清浄法とを組み合わせることにより結晶全体に亘って均一な電気光学的特性を有する結晶とする方法(特許文献1)、過飽和溶液から溶質を析出させる際、磁場を作用させ高密度に配向した結晶構造に成長させる磁場印加法(特許文献2)、またテラヘルツ波発生装置に使用した場合に、テラヘルツ波出力が減衰しない結晶として、有機光学結晶材料溶液を過飽和状態で撹拌しながら結晶を形成する内部の劈開面上に直線状欠陥を存在させない方法(特許文献3)等がなされている。   To date, various proposals have been made in terms of crystal growth in terms of crystal growth speed and growth environment in the DAST crystal. For example, in order to provide a uniform crystal free of defects, a crystal having uniform electro-optical characteristics over the entire crystal by growing a natural nucleus on a tilted substrate and then combining with a specific gravity difference solvent cleaning method (Patent Document 1), when a solute is precipitated from a supersaturated solution, a magnetic field application method (Patent Document 2) in which a magnetic field is applied to grow into a highly oriented crystal structure, and a terahertz wave generator In addition, as a crystal whose terahertz wave output is not attenuated, there is a method in which a linear defect does not exist on an internal cleavage plane for forming a crystal while stirring an organic optical crystal material solution in a supersaturated state (Patent Document 3). .

一般に、サブミリ波から遠赤外域を含む周波数領域(0.1〜100THz)はテラヘルツ電磁波領域と総称され、光波と電波の境界に位置する。このテラヘルツ波は、電磁波として情報通信分野だけでなく、その性質、例えばX線の1/100万のエネルギーを有し、人体に安全で、紙やプラスチック材料などをよく透過し、金属は透過しない性質により、隠匿物の非接触・非破壊で簡便に検査する必要のある安全・防犯分野、薬物や化合物の水分量の差に敏感に反応するので、生体分子や各種化合物の分析ツール、悪性腫瘍の早期発見、その他半導体LSIの内部構造の欠陥検査、ウエハーの物性評価などその応用は広範囲にわたるものである。   In general, a frequency region (0.1 to 100 THz) including a submillimeter wave to a far infrared region is collectively referred to as a terahertz electromagnetic wave region, and is located at a boundary between a light wave and a radio wave. This terahertz wave is not only used in the information and communication field as an electromagnetic wave, but also has properties such as energy of 1/1 million of that of X-rays, is safe for the human body, penetrates paper and plastic materials, and does not penetrate metal. Because of its nature, it reacts sensitively to the difference in the water content of drugs and compounds that need to be inspected easily and without contact with non-contact, non-destructive materials, analysis tools for biomolecules and various compounds, malignant tumors Its application is wide-ranging, such as early detection of defects, defect inspection of internal structure of semiconductor LSI, and physical property evaluation of wafers.

テラヘルツ波発生装置は、レーザー照射器から照射されたレーザーにより二波長パラメトリック発振器において波長が異なる二つの電磁波が発生し、前記二つの電磁波が集光レンズを介して差周波発生素子に入射され、前記差周波発生素子から前記二つの電磁波の差周波に対応する電磁波(テラヘルツ波)が発生するという構成が一般的であり、前記差周波発生素子として、前記有機非線形光学結晶が使用される。   The terahertz wave generator generates two electromagnetic waves having different wavelengths in a two-wavelength parametric oscillator by a laser irradiated from a laser irradiator, and the two electromagnetic waves are incident on a difference frequency generating element through a condenser lens, A configuration in which an electromagnetic wave (terahertz wave) corresponding to a difference frequency between the two electromagnetic waves is generated from a difference frequency generating element is generally used, and the organic nonlinear optical crystal is used as the difference frequency generating element.

前記レーザー照射器から照射されたレーザーを有機非線形光学結晶に照射するが、これまでの有機非線形光学結晶は、2波長光のビーム密度が1.1GW/cm以下で結晶内部に損傷が生じてしまいテラヘルツ波の発生時間が短くなってしまうという問題があった。これまでのところDAST結晶では、入射レーザーのピークパワー密度が2.8GW/cmである結晶が最もレーザー耐久性を有するものとされ(前記特許文献3)、テラヘルツ波の安定した発生時間については確認されていなかった。 The organic nonlinear optical crystal is irradiated with the laser irradiated from the laser irradiator. Conventional organic nonlinear optical crystals are damaged in the crystal when the beam density of two-wavelength light is 1.1 GW / cm 2 or less. There was a problem that the generation time of the terahertz wave was shortened. So far, in the DAST crystal, the crystal whose incident laser peak power density is 2.8 GW / cm 2 is considered to have the most laser durability (Patent Document 3), and the stable generation time of the terahertz wave is as follows. It was not confirmed.

結晶の損傷閾値は一般的に結晶へ照射するレーザーのビーム密度により示される。結晶へ照射するレーザーのビーム密度が高ければ高いほど結晶は損傷を起こしやすく、ビーム密度が低いほど結晶は損傷を起こしにくいと理解されている。このことによれば、テラヘルツ波の発生時間はピークパワー値の低いレーザー照射ならば発生時間は長く、ピークパワー値の高いレーザー照射ならば発生時間は短くなる。   The damage threshold of a crystal is generally indicated by the beam density of a laser that irradiates the crystal. It is understood that the higher the beam density of the laser irradiating the crystal, the more likely the crystal will be damaged, and the lower the beam density, the less likely the crystal will be damaged. According to this, the generation time of the terahertz wave is long when laser irradiation with a low peak power value is performed, and the generation time is short when laser irradiation with a high peak power value is performed.

現在のところ、結晶育成時の特性良好な結晶の作製について上記のとおり各種検討されている段階であるが、結晶育成後の単結晶をテラヘルツ波の発生時間を向上させるという観点からの検討はまだされていなかった。   At present, various studies have been made on the production of crystals with good characteristics during crystal growth as described above. However, studies from the viewpoint of improving the generation time of terahertz waves for single crystals after crystal growth are still in progress. Was not.

従来有機単結晶の製造方法として、有機材料の多結晶を融点未満の一定の温度に保たれた雰囲気中におくことにより単結晶化させる方法(特許文献4)、有機化合物を多結晶や非晶質化した後に融点より低い温度で処理する非線形光学素子の育成方法(特許文献5)は提案されていたが、いずれも有機光学結晶の単結晶化の技術、すなわち単結晶の育成技術の一種であり、単結晶として育成した有機光学結晶から安定してテラヘルツ波を発生させ、かつ発生時間を向上させることは何も示されていない。
特開2004−107104号公報 特開2004−205531号公報 特開2007−232936号公報 特開平4−349200号公報 特開平7−168221号公報
As a conventional method for producing an organic single crystal, a method in which a polycrystal of an organic material is made into a single crystal by placing it in an atmosphere maintained at a constant temperature below the melting point (Patent Document 4), an organic compound is made of polycrystal or amorphous A method for growing a nonlinear optical element (Patent Document 5), which is processed at a temperature lower than the melting point after being refined, has been proposed. There is no indication that a terahertz wave is stably generated from an organic optical crystal grown as a single crystal and the generation time is improved.
JP 2004-107104 A JP 2004-205531 A JP 2007-232936 A JP-A-4-349200 JP 7-168221 A

本発明は、有機光学単結晶から発生するテラヘルツ波を安定して発生させることのできる有機光学単結晶の製造方法を確立すること、およびその製造された有機光学単結晶の提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to establish a method for producing an organic optical single crystal capable of stably generating terahertz waves generated from the organic optical single crystal, and to provide the produced organic optical single crystal. To do.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、有機光学単結晶をアニーリング処理することにより、有機光学単結晶から発生するテラヘルツ波を安定して発生させることのできる有機光学単結晶の製造方法、およびその製造された有機光学単結晶を発明するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have been able to stably generate a terahertz wave generated from an organic optical single crystal by annealing the organic optical single crystal. It came to invent the manufacturing method of an optical single crystal, and the manufactured organic optical single crystal.

従来からアニーリング処理は、結晶内に点在する種々の格子欠陥を低減させることや結晶内に存在する残存応力を除去する方法として各種金属材料に対して、またシリコン単結晶や各種無機結晶にも利用されている。特に有機光学結晶においては、上記特許文献3、4のとおり、アニーリング処理は多結晶や非晶質のものを単結晶化させるのに利用されていた。また、有機薄膜結晶においても種々の格子欠陥を低減させる方法として利用されていた。   Conventionally, annealing treatment has been applied to various metal materials as a method of reducing various lattice defects scattered in the crystal and removing residual stress existing in the crystal, and also to silicon single crystals and various inorganic crystals. It's being used. Particularly in the case of organic optical crystals, as described in Patent Documents 3 and 4, the annealing treatment has been used to single-crystal polycrystals and amorphous ones. Also, it has been used as a method for reducing various lattice defects in organic thin film crystals.

しかし、有機光学バルク単結晶はその溶融温度と分解温度が非常に近接しており、また非常に機械的・熱的強度も弱く、融点近傍で取り扱うこと自体が困難であり、薄膜結晶と比較すると結晶のサイズが大きくアニーリングによる熱の伝わりに揺らぎが生じる恐れがあることから、当技術分野では有機光学バルク単結晶のアニーリング処理は無理であると考えられていた。   However, organic optical bulk single crystals have very close melting and decomposition temperatures, are very weak in mechanical and thermal strength, and are difficult to handle near the melting point. Since the crystal size is large and there is a risk of fluctuations in the transfer of heat due to annealing, it has been considered in the art that the annealing process of organic optical bulk single crystals is impossible.

有機光学結晶にレーザーを照射した際の有機光学結晶から発生するテラヘルツ波の発生時間が安定しておらず、時間とともに減衰していくことは知られていたが、この原因が何に起因するものかは未だ解明されていなかった。そこで、本発明者らは、レーザー照射した結晶について偏光顕微鏡、位相差顕微鏡、構造解析、NMRなどを用いて分析したところ、その原因がレーザー照射により結晶の内部に分子の熱分解や配向の均一性に乱れが生じるなどの種々の欠陥が生じ損傷を生じてしまうものであることを見出した。
そして、育成させたバルク単結晶に対してアニーリング処理することにより、有機光学単結晶から発生するテラヘルツ波の発生時間を向上させることのできる結晶の製造方法を発明するに至った。
It was known that the generation time of terahertz waves generated from an organic optical crystal when the organic optical crystal was irradiated with a laser was not stable and decayed with time. It has not yet been elucidated. Therefore, the present inventors analyzed the laser-irradiated crystal using a polarizing microscope, a phase contrast microscope, a structural analysis, NMR, etc., and the cause was the thermal decomposition of the molecules and the uniform orientation of the molecules inside the crystal by laser irradiation. It has been found that various defects such as turbulence in sex occur and cause damage.
And it came to invent the manufacturing method of the crystal | crystallization which can improve the generation | occurrence | production time of the terahertz wave which generate | occur | produces from the organic optical single crystal by annealing with respect to the grown bulk single crystal.

即ち、本発明は、
[1] 有機光学単結晶をアニーリング処理することにより、有機光学単結晶から発生するテラヘルツ波の発生時間を向上させた有機光学単結晶の製造方法。
[2] 前記アニーリング処理を、不活性ガス中で有機光学単結晶の融点以下かつ結晶分
子の自由度が高まる温度以上の範囲で処理する上記[1]に記載の有機光学単結晶の製
造方法。
[3] 前記アニーリング処理を、アニーリング温度に結晶中の欠陥を除去するために十分な時間保持した後、徐冷する上記[1]または[2]に記載の有機光学単結晶の製造方法。
[4]前記アニーリング処理を、磁場を作用させた条件のもとで行う上記[1]〜[3]のいずれかに記載の有機光学単結晶の製造方法。
[5] 前記有機光学単結晶が、スチルバゾリウム誘導体からなる結晶である上記[1]〜[4]のいずれかに記載の有機光学単結晶の製造方法。
[6] 前記有機光学単結晶が、スチルバゾリウムカチオン誘導体であるDAST、DASCまたはMC−PTS結晶のいずれかから選択される少なくとも一つの結晶である上記 [1]〜[5]のいずれかに記載の有機光学単結晶の製造方法。
[7] 上記[1]〜[6]のいずれかに記載された製造方法により製造された有機光学単結晶。
That is, the present invention
[1] A method for producing an organic optical single crystal in which the generation time of terahertz waves generated from the organic optical single crystal is improved by annealing the organic optical single crystal.
[2] The method for producing an organic optical single crystal according to the above [1], wherein the annealing treatment is performed in an inert gas at a temperature not higher than a melting point of the organic optical single crystal and not lower than a temperature at which a degree of freedom of crystal molecules is increased.
[3] The method for producing an organic optical single crystal according to the above [1] or [2], wherein the annealing treatment is maintained at an annealing temperature for a time sufficient to remove defects in the crystal and then gradually cooled.
[4] The method for producing an organic optical single crystal according to any one of [1] to [3], wherein the annealing treatment is performed under a condition where a magnetic field is applied.
[5] The method for producing an organic optical single crystal according to any one of [1] to [4], wherein the organic optical single crystal is a crystal made of a stilbazolium derivative.
[6] Any one of the above [1] to [5], wherein the organic optical single crystal is at least one crystal selected from any of DAST, DASC, and MC-PTS crystals that are stilbazolium cation derivatives A method for producing an organic optical single crystal according to 1.
[7] An organic optical single crystal produced by the production method described in any one of [1] to [6] above.

有機光学単結晶をアニーリング処理することにより、有機光学単結晶から発生するテラヘルツ波の発生時間を向上させた有機光学単結晶を提供することができる。   By annealing the organic optical single crystal, it is possible to provide an organic optical single crystal with improved generation time of terahertz waves generated from the organic optical single crystal.

以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の対象とする有機光学単結晶には、下記式1に示すスチルバゾリウム誘導体結晶がある。このスチルバゾリウム誘導体は、−X、−YおよびZの組み合わせで各種誘導体が構成されている。またMMONS(3−メチル−メトキシ−4’−ニトロスチルベン)結晶、DAD((−)4−(4’−ジメチルアミノフェニル)−3−(2’―ヒドロキシプロピルアミノ)シクロブテン−3,4−ジオン)結晶およびLAP(L−アルギニン ホスヘート モノ−ハイドレード)結晶、pNA(4−ニトロアニリン)、MNA(2−メチル−ニトロアニリン)結晶等の各種有機非線形光学結晶がある。
The present invention is described in detail below.
The organic optical single crystal targeted by the present invention includes a stilbazolium derivative crystal represented by the following formula 1. The stilbazolium derivatives, -X, -Y and Z - combined in various derivatives have been configured. MMONS (3-methyl-methoxy-4′-nitrostilbene) crystal, DAD ((−) 4- (4′-dimethylaminophenyl) -3- (2′-hydroxypropylamino) cyclobutene-3,4-dione ) Crystals and various organic nonlinear optical crystals such as LAP (L-arginine phosphate mono-hydrate) crystals, pNA (4-nitroaniline), and MNA (2-methyl-nitroaniline) crystals.

なかでも有機非線形光学結晶として有用な下記式1で示されるスチルバゾリウム誘導体からなる結晶を用いることができる。
Among them, a crystal composed of a stilbazolium derivative represented by the following formula 1 useful as an organic nonlinear optical crystal can be used.

特に、スチルバゾリウム誘導体結晶のなかでも上記X=9、Y=イ、Z=bであるDAST(4−ジメチルアミノ−N−メチル−4−スチルバゾリウムトシレート)結晶、上記X=9、Y=イ、Z=cであるDASC(4−ジメチルアミノ−N−メチル−4−スチルバゾリウム−p−クロロベンゼンスルホネート)結晶、上記X=1、Y=イ、Z=bであるMC−PTS(メロシアニン−p−トルエンスルホン酸)の単結晶を用いるのが、テラヘルツ波の発生時間を向上させるのに有用な有機非線形光学結晶とすることができる点で最も好ましい。   In particular, among the stilbazolium derivative crystals, DAST (4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate) crystal in which X = 9, Y = i, and Z = b, X = 9, Y DASC (4-Dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium-p-chlorobenzenesulfonate) crystal in which Z = c, MC-PTS (merocyanine- in which X = 1, Y = I, Z = b) The use of a single crystal of (p-toluenesulfonic acid) is most preferable because an organic nonlinear optical crystal useful for improving the generation time of terahertz waves can be obtained.

本発明において、テラヘルツ波(THz波)発生用に使用するレーザーとしては、有機光学単結晶に照射したときテラヘルツ波を発生させることができるものであればいかなるものでもかまわない。例えばレーザー光の光源にはNd;YAGレーザーを用いた波長1475nm、1493nm、パルス幅15ns/pulseのレーザーや、Nd;YAG/SHGレーザーを用いた波長532nm、パルス幅10ns/pulseのレーザーなどがある。   In the present invention, any laser can be used for generating terahertz waves (THz waves) as long as it can generate terahertz waves when irradiated on an organic optical single crystal. For example, laser light sources include Nd; YAG lasers with wavelengths of 1475 nm and 1493 nm and a pulse width of 15 ns / pulse, and Nd; YAG / SHG lasers with a wavelength of 532 nm and a pulse width of 10 ns / pulse. .

本発明におけるアニーリング方法は、有機光学単結晶をアニーリング処理できる装置であるならば、いかなる装置でもかまはない。例えば、インキュベーターを用い、次のようにアニーリング処理をすることができる。有機光学単結晶を加熱による変形防止のための耐熱性材料からなる例えばセラミックス製の敷板の上に並べ、これをインキュベーター内に載置する。インキュベーター内を真空にし、その後不活性ガスで置換し、アニーリング温度である任意の設定温度まで昇温させる。昇温後、任意のアニーリング時間保温し保持後、室温まで徐冷する。   The annealing method in the present invention may be any apparatus as long as it is an apparatus capable of annealing an organic optical single crystal. For example, an annealing process can be performed as follows using an incubator. The organic optical single crystals are arranged on, for example, a ceramic floor made of a heat-resistant material for preventing deformation due to heating, and placed in an incubator. The inside of the incubator is evacuated and then replaced with an inert gas, and the temperature is raised to an arbitrary set temperature which is an annealing temperature. After raising the temperature, the temperature is kept for an arbitrary annealing time, and then gradually cooled to room temperature.

本発明におけるアニーリング処理温度は、一般的には結晶中の欠陥を除去するために十分な温度であり、物質によりその温度は異なる。有機光学結晶のサイズ、物性、またアニーリング処理時間によって、該有機光学単結晶の融点以下かつ結晶分子の自由度が高まる温度以上の範囲で実験的に温度を設定して処理する。好ましくは、有機光学単結晶の融点以下10℃から60℃程度低い範囲の温度に設定することが好ましい。またこの設定温度まで任意の昇温速度で昇温させればよい。例えば、1℃/minの速度で昇温させることができる。DAST結晶の場合、融点が示差走査熱量計(DSC)によれば、259.7℃であるので、249.7℃〜199.7℃、好ましくは、240℃〜200℃、特に好ましくは、225℃〜215℃でアニーリングすることができる。
また、DASC結晶の場合は、融点を示差走査熱量計(DSC)等での測定値、または文献値(281℃)に基づき、実験的にアニーリング温度を設定することが望ましい。
The annealing treatment temperature in the present invention is generally sufficient to remove defects in the crystal, and the temperature varies depending on the substance. Depending on the size, physical properties, and annealing time of the organic optical crystal, the temperature is experimentally set within the range below the melting point of the organic optical single crystal and the temperature at which the degree of freedom of crystal molecules is increased. Preferably, it is set to a temperature in the range of 10 ° C. to 60 ° C. lower than the melting point of the organic optical single crystal. Moreover, what is necessary is just to heat up by this arbitrary temperature increase rate to this preset temperature. For example, the temperature can be raised at a rate of 1 ° C./min. In the case of the DAST crystal, the melting point is 259.7 ° C. according to the differential scanning calorimeter (DSC), so that it is 249.7 ° C. to 199.7 ° C., preferably 240 ° C. to 200 ° C., particularly preferably 225 Annealing can be performed at a temperature of 215 ° C to 215 ° C.
In the case of a DASC crystal, it is desirable to experimentally set the annealing temperature based on the melting point measured with a differential scanning calorimeter (DSC) or the like, or the literature value (281 ° C.).

アニーリング処理するときの雰囲気は、非酸化性雰囲気ならばかまわない。不活性ガス雰囲気中で行うのがよい。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウムなどがあり、好ましくは、アルゴンガス雰囲気中で処理を行うことがよい。   The atmosphere for annealing may be a non-oxidizing atmosphere. It is good to carry out in an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include argon, nitrogen, and helium. Preferably, the treatment is performed in an argon gas atmosphere.

アニーリング処理するとき、磁場を作用させた条件のもとで行うこともテラヘルツ波の発生時間を向上させるうえでも好ましい。磁場の作用により結晶の配向を向上させることで、THz波出力の減衰の原因の一つと考えられる位相欠陥起因のTHz波出力の減衰を防ぐ効果が得られる。作用させる磁場としては、水平な一方向の磁場をかけるものであるが、0.01T〜10T(テスラ)の磁場であり、超伝導磁石により発生させる磁場であることが好ましい。磁場によるDAST結晶の配向方向は、磁場方向に対してDAST結晶のa軸が平行に配向する。また、DAST結晶における配向率の増加が見込める磁場強度としては、0.05T〜0.2T程度である。このことから、少なくとも0.05T以上の磁場を作用させた状態、かつ、磁場方向とDAST結晶a軸が平行となる状態に設定した上でアニーリング処理することにより、単結晶育成後にDAST結晶の配向率が増加する。   When the annealing treatment is performed, it is also preferable to improve the generation time of the terahertz wave under the condition that a magnetic field is applied. By improving the orientation of the crystal by the action of the magnetic field, an effect of preventing the attenuation of the THz wave output caused by the phase defect considered to be one of the causes of the attenuation of the THz wave output can be obtained. As a magnetic field to be applied, a horizontal unidirectional magnetic field is applied, but it is a magnetic field of 0.01T to 10T (Tesla), and is preferably a magnetic field generated by a superconducting magnet. As for the orientation direction of the DAST crystal by the magnetic field, the a-axis of the DAST crystal is oriented parallel to the magnetic field direction. In addition, the magnetic field strength at which an increase in the orientation rate in the DAST crystal can be expected is about 0.05T to 0.2T. For this reason, the orientation of the DAST crystal is grown after the single crystal is grown by setting the magnetic field direction to be at least 0.05 T and the magnetic field direction and the DAST crystal a-axis being parallel. The rate increases.

アニーリング処理時間は、処理する有機光学単結晶のサイズや物性に応じて、またアニーリング温度に応じて最適時間が決まるが、一般的には結晶中の欠陥を除去するために十分な時間であり、物質によりその時間は異なるので実験的に時間を設定すればよい。下記式2のDAST結晶の場合、融点が示差走査熱量計(DSC)によれば、259.7℃であるので、アニーリング処理温度にもよるが、2時間から140時間である。好ましくは、10時間から20時間であり、特に220℃で12時間アニーリング処理することが好ましい。
The annealing treatment time is determined in accordance with the size and physical properties of the organic optical single crystal to be treated, and also in accordance with the annealing temperature, but is generally sufficient for removing defects in the crystal, Since the time varies depending on the substance, the time may be set experimentally. In the case of the DAST crystal of the following formula 2, the melting point is 259.7 ° C. according to the differential scanning calorimeter (DSC), and is 2 hours to 140 hours depending on the annealing treatment temperature. The annealing time is preferably 10 hours to 20 hours, and particularly preferably annealed at 220 ° C. for 12 hours.

本発明者らは、アニーリング温度が有機光学単結晶の融点以下60℃までの温度範囲内で、最適アニーリング温度範囲を時間との関係で検討した。
DAST結晶粉末を210℃から240℃の温度範囲にわたり、各加熱温度における保温時間を表1のとおり変えて、結晶の状態変化を観察した。その結果、結晶状態を保っている状態をアニーリング温度適応性「あり」、結晶の表面が液化(分解溶融)したものをアニーリング温度適応性「限界点」、結晶が液化(分解溶融)したものをアニーリング温度適応性「なし」とした。
The present inventors examined the optimum annealing temperature range in relation to time within the temperature range where the annealing temperature is below the melting point of the organic optical single crystal and up to 60 ° C.
The DAST crystal powder was observed over a temperature range of 210 ° C. to 240 ° C., and the heat retention time at each heating temperature was changed as shown in Table 1 to observe the change in crystal state. As a result, annealing temperature adaptability is “Yes” when the crystal state is maintained, annealing temperature adaptability “limit point” when crystal surface is liquefied (decomposition and melting), and crystal liquefaction (decomposition and melting) Annealing temperature adaptability was set to “none”.

結晶の表面が液化、または結晶が液化(分解溶融)したものは、NMR測定結果によればケミカルシフトが生じていることがわかり、DASTの骨格を保持していない分解物、または、熱分解による炭化物となっており、もはやDAST結晶としての非線形光学効果及び電気光学的効果は損失してしまうものである。図1にアニーリング効果温度範囲を示す。状態変化限界点曲線は、DAST結晶が液化し始める温度と変化が生じるまでの保温時間を示すことになる。この結果によればDAST結晶の場合、図1に示す状態変化限界点曲線より下の範囲内において、アニーリングすることができる温度範囲・時間であるといえる。また、DASTの融点および表1の実験データをもとに近似曲線を描くことでDAST結晶におけるアニーリング効果温度範囲である200℃までの保温時間を推定できる。   When the crystal surface is liquefied, or the crystal is liquefied (decomposed and melted), the NMR measurement results show that a chemical shift has occurred, and it is a decomposition product that does not hold the DAST skeleton, or by thermal decomposition. Since it is a carbide, the nonlinear optical effect and electro-optical effect as the DAST crystal are lost. FIG. 1 shows the annealing effect temperature range. The state change limit point curve indicates the temperature at which the DAST crystal starts to liquefy and the heat retention time until the change occurs. According to this result, in the case of the DAST crystal, it can be said that it is the temperature range / time in which annealing can be performed within the range below the state change limit point curve shown in FIG. Further, by drawing an approximate curve based on the melting point of DAST and the experimental data in Table 1, the heat retention time up to 200 ° C. which is the annealing effect temperature range in the DAST crystal can be estimated.

上記アニーリング温度で加熱および保温した後、任意の速度で室温まで徐冷させる。 徐冷(冷却ということもある)の仕方については、本発明の有機光学単結晶から発生するテラヘルツ波の発生時間を向上させる効果を損なわないことを限度として特に制限はない。例えば、アニーリングした結晶において部分的な温度(向上させた結晶分子の自由度)低下が生じるようなことは、上記の効果を損なう可能性があるので好ましくない。これらを踏まえていれば、冷却の仕方は、直線的、段階的などのいずれであってもかまわない。加熱および保温した結晶を構成する化合物の特性や結晶の大きさに依存した熱伝導等を考慮し、結晶全体が均一に上記の効果を享受できるよう最適な条件を実験的に設定することが好ましい。冷却の仕方の好ましい例としては、工業的な観点からは、温度管理の工程を省略できるので熱処理後に非酸化性雰囲気に保持した状態のアニーリング処理できる装置ごと室温環境にて自然徐冷させることや、アニーリング温度にて加熱および保温した結晶のみを室温環境にて自然徐冷させることがあげられ、機器等により精密な温度管理が可能であるならば0.05℃/min以上の速度で降温させることがあげられる。   After heating and keeping at the annealing temperature, it is gradually cooled to room temperature at an arbitrary rate. The method of slow cooling (sometimes referred to as cooling) is not particularly limited as long as the effect of improving the generation time of the terahertz wave generated from the organic optical single crystal of the present invention is not impaired. For example, it is not preferable that a partial temperature (an improved degree of freedom of crystal molecules) is lowered in the annealed crystal because the above effect may be impaired. If these are taken into consideration, the cooling method may be either linear or stepwise. It is preferable to experimentally set the optimum conditions so that the entire crystal can enjoy the above-mentioned effects uniformly in consideration of the characteristics of the compound constituting the heated and heat-retained crystal and heat conduction depending on the crystal size. . As a preferable example of the cooling method, from an industrial viewpoint, since the temperature control step can be omitted, it is possible to naturally cool the whole apparatus that can be annealed in a non-oxidizing atmosphere after heat treatment in a room temperature environment. For example, only crystals that have been heated and kept at the annealing temperature can be naturally cooled in a room temperature environment, and if precise temperature control is possible using equipment, the temperature is lowered at a rate of 0.05 ° C./min or higher. Can be mentioned.

本発明の製造方法に使用し得る対象結晶は、いかなる育成方法による結晶であってもかまわない。例えば、DAST結晶ならば自然核成長法、種結晶成長法、斜面法、磁場印加法、溶液撹拌法などいずれの成長法によるものでよい。特に、結晶の成長速度や成長環境を改良した成長法によらない方法を用いるのが好適である。改良された結晶成長法によらない有機光学結晶は、結晶内部に種々の格子欠陥を有しており、テラヘルツ波発生時間が劣っているものであるが、結晶成長法としては最も成長条件の自由度が大きく特別な制御手段を設けることなく簡単な手段で結晶を成長させることができる。   The target crystal that can be used in the production method of the present invention may be a crystal produced by any growth method. For example, for a DAST crystal, any growth method such as a natural nucleus growth method, a seed crystal growth method, a slope method, a magnetic field application method, or a solution stirring method may be used. In particular, it is preferable to use a method that does not depend on a growth method with improved crystal growth rate or growth environment. Organic optical crystals that do not depend on the improved crystal growth method have various lattice defects inside the crystal and have inferior terahertz wave generation time. A crystal can be grown by a simple means without providing a special control means having a large degree.

上記テラヘルツ波発生時間が劣っているものとしては、例えば自然核成長法による結晶がある。自然核成長法による有機光学単結晶の形成は、次のようにして行う。最初に有機光学単結晶を構成する有機物を溶媒であるメタノールなどに溶解した後、この溶液中に核成長物質を浸漬させる。次いで、前記溶液温度を降下して前記有機物が過飽和になるようにする。すると有機物が前記核成長物質上に析出して成長し、有機光学単結晶が得られるものである。本発明によれば、このテラヘルツ波発生時間が劣っているものでも、テラヘルツ波発生時間を向上させることができるものである。   Examples of the inferior terahertz wave generation time include crystals by a natural nucleus growth method. Formation of the organic optical single crystal by the natural nucleus growth method is performed as follows. First, an organic substance constituting the organic optical single crystal is dissolved in methanol or the like as a solvent, and then a nucleus growth material is immersed in this solution. Then, the solution temperature is lowered so that the organic matter becomes supersaturated. Then, an organic substance is deposited on the nucleus growth material and grows to obtain an organic optical single crystal. According to the present invention, even if the terahertz wave generation time is inferior, the terahertz wave generation time can be improved.

有機光学結晶におけるテラヘルツ波発生時間は次のように、テラヘルツ波出力により判定した。一定条件のレーザー照射を行ったときに得られるテラヘルツ波出力において、同測定時に観測された最大テラヘルツ波出力を用いて各出力値を割ることで算出した値が、照射開始から5分間以内に、連続して20秒以上、0.5以下に減衰しない結晶をテラヘルツ波の発生が安定した結晶としてこれを目標とした。
また、一定条件のレーザー照射を行ったときに得られるテラヘルツ波出力において、同測定時に観測された最大テラヘルツ波出力を用いて各出力値を割ることで算出した値が、照射開始から5分間以内に、連続して20秒以上、0.5以下に減衰する結晶はテラヘルツ波の発生が安定していない結晶とした。
ここで、0.1THz〜10THzの領域を1回分光するために要する測定時間は5分であり、実用性の観点から1測定以上可能な結晶を評価するためにレーザー照射時間を5分とした。
The terahertz wave generation time in the organic optical crystal was determined by the terahertz wave output as follows. In the terahertz wave output obtained when laser irradiation under certain conditions is performed, the value calculated by dividing each output value using the maximum terahertz wave output observed during the measurement is within 5 minutes from the start of irradiation. This was targeted as a crystal in which the generation of terahertz waves was stable for a crystal that was not continuously attenuated to 0.5 or less for 20 seconds or longer.
Also, in the terahertz wave output obtained when laser irradiation under certain conditions is performed, the value calculated by dividing each output value using the maximum terahertz wave output observed during the measurement is within 5 minutes from the start of irradiation. In addition, a crystal that continuously attenuates to 20 seconds or more and 0.5 or less was a crystal in which the generation of terahertz waves was not stable.
Here, the measurement time required for once splitting the region of 0.1 THz to 10 THz is 5 minutes, and the laser irradiation time is set to 5 minutes in order to evaluate a crystal capable of one or more measurements from the viewpoint of practicality. .

アニーリング後における照射レーザー条件を以下に示す。
・入射レーザーのパルス幅:15ns
・ビーム密度:0.48、0.62、および1.5 GW/cm
・レーザー波長:1475nmと1493nm
THz出力は、焦電素子(DTGS(Deuteriated triglycine sulfate))により検出を行った。
The irradiation laser conditions after annealing are shown below.
・ Pulse width of incident laser: 15ns
Beam density: 0.48, 0.62, and 1.5 GW / cm 2
Laser wavelength: 1475 nm and 1493 nm
The THz output was detected by a pyroelectric element (DTGS (Deuteriated triglycine sulfate)).

本発明は、上記に記載されたいずれかの製造方法により得られる、テラヘルツ波の発生時間が向上させられた有機光学単結晶にも関する。テラヘルツ波の発生時間が向上させられた有機光学単結晶は、テラヘルツ発生用とすることは勿論のこと、各種電気光学素子として使用することもできる。例えば、テラヘルツ波検出用、高感度電界センサー用、高速光変調器用、電界プローブ用、電気光学サンプリング用、2次元電界マッピング用あるいは空間電界検出用などの電気光学素子として使用可能なものである。   The present invention also relates to an organic optical single crystal with improved terahertz wave generation time obtained by any one of the manufacturing methods described above. The organic optical single crystal in which the generation time of the terahertz wave is improved can be used not only for the generation of terahertz but also as various electro-optical elements. For example, it can be used as an electro-optical element for terahertz wave detection, high-sensitivity electric field sensor, high-speed optical modulator, electric field probe, electro-optical sampling, two-dimensional electric field mapping, or spatial electric field detection.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。本発明の有機光学単結晶の代表例であるDAST結晶を用いて、以下に説明する。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. The DAST crystal, which is a representative example of the organic optical single crystal of the present invention, will be described below.

[実施例1]
図1の「アニーリング効果温度範囲」の状態変化限界点曲線範囲内の215℃から225℃において、アニーリング効果があるかを確認した。用いたDAST結晶の製造方法を以下に示す。
[Example 1]
It was confirmed whether there was an annealing effect at 215 ° C. to 225 ° C. within the state change limit point curve range of the “annealing effect temperature range” in FIG. The manufacturing method of the DAST crystal used is shown below.

(単結晶の育成)
DAST単結晶の育成は、自然核発生法により行った。市販のDAST粉末(純度99.9%以上 第一化学薬品社製)17.7gに400gのメタノールを加えDAST育成溶液を調整した。次いで、この溶液を55.0℃まで攪拌しつつ昇温し、10時間55.0℃を維持し、DAST粉末を完全に溶解させた。その後調整した溶液を280mlずつ分注し結晶育成用溶液とした。調整した結晶育成用溶液は再度55.0℃まで昇温し、10時間55.0℃を維持した。次いで、この溶液を44.8℃まで攪拌しつつ降下させ、その後30分維持し、支持体に付着させた種結晶を投入した。種結晶投入後、速やかに43.3℃まで降下させ、0.1℃/日の速度で溶液温度を降下させながら、40日間支持体に付着させた種結晶を育成したときに容器底面にて自然発生する結晶を同期間育成した後に、容器底面の結晶を回収した。次いで、回収したバルク結晶をアセトンにて20秒間、酢酸エチルにて5分間以上洗浄した。
(Single crystal growth)
The DAST single crystal was grown by a natural nucleus generation method. 400 g of methanol was added to 17.7 g of commercially available DAST powder (purity 99.9% or more, manufactured by Daiichi Chemicals) to prepare a DAST growth solution. Next, this solution was heated to 55.0 ° C. while being stirred, and maintained at 55.0 ° C. for 10 hours to completely dissolve the DAST powder. Thereafter, 280 ml of the prepared solution was dispensed to obtain a crystal growth solution. The adjusted crystal growth solution was again heated to 55.0 ° C. and maintained at 55.0 ° C. for 10 hours. Next, the solution was lowered to 44.8 ° C. while being stirred, and then maintained for 30 minutes, and seed crystals attached to the support were introduced. After the seed crystal is charged, the temperature is quickly lowered to 43.3 ° C., and the seed crystal attached to the support is grown for 40 days while lowering the solution temperature at a rate of 0.1 ° C./day. After growing naturally occurring crystals during the same period, the crystals on the bottom of the container were collected. Next, the collected bulk crystals were washed with acetone for 20 seconds and with ethyl acetate for 5 minutes or more.

得られた各DAST単結晶のサイズを表2に示す。
The size of each DAST single crystal obtained is shown in Table 2.

試料番号cont-1、225-1、220-1、220-2、215-1、215-2のDAST結晶へのアニーリングは以下の方法・条件でアニーリング処理を行った。
インキュベータとして、EYELA VACUUM OVEN VOS−201SDを用いた。耐熱性のある敷板としてのSiウェハー上に、DAST結晶を並べ、インキュベータへ入れ、インキュベータ内を一度真空にし、その後不活性ガスとしてのアルゴンガスを装置内に充填する。アニーリング温度として215℃、220℃、225℃まで1℃/minの速度で昇温させ、保持時間として12時間のアニーリング処理を行い、その後、自然徐冷により結晶を室温まで冷却した。
The sample numbers cont-1, 225-1, 220-1, 220-2, 215-1 and 215-2 were annealed by the following method and conditions.
EYELA VACUUM OVEN VOS-201SD was used as an incubator. DAST crystals are arranged on a Si wafer as a heat-resistant floor plate, put into an incubator, the inside of the incubator is evacuated once, and then argon gas as an inert gas is filled into the apparatus. The annealing temperature was raised to 215 ° C., 220 ° C., and 225 ° C. at a rate of 1 ° C./min. Annealing treatment was performed for 12 hours as the holding time, and then the crystals were cooled to room temperature by natural slow cooling.

図2にテラヘルツ波(THz波)発生試験結果を示す。THz波を発生させるために結晶へ照射したビーム密度は480MW/cmである。各試料において安定して0.5以上THz波が安定して発生している時間を、表3に示す。
FIG. 2 shows the results of a terahertz wave (THz wave) generation test. The beam density applied to the crystal to generate THz waves is 480 MW / cm 2 . Table 3 shows the time during which the THz wave is stably generated in each sample at 0.5 or more.

図2に示されるとおり、アニーリングなしの試料番号cont-1の場合には576秒で出力値が0.5以下まで連続して減少しているのに対し、215℃、220℃、225℃において12時間アニーリングを行った結晶(試料番号225-1、220-1、220-2、215-1、215-2)は1200秒以上安定して0.5以上のTHz波が発生した。このことから、アニーリング効果温度範囲の状態変化限界点曲線範囲内であればアニーリングによる効果が得られることが理解できる。   As shown in FIG. 2, in the case of the sample number cont-1 without annealing, the output value continuously decreased to 0.5 or less in 576 seconds, whereas at 215 ° C., 220 ° C. and 225 ° C. The crystals that were annealed for 12 hours (sample numbers 225-1, 220-1, 220-2, 215-1, and 215-2) stably generated THz waves of 0.5 or more for 1200 seconds or more. From this, it can be understood that the effect of annealing can be obtained as long as it is within the state change limit point curve range of the annealing effect temperature range.

[実施例2]
各種育成方法による結晶においてもアニーリング効果があるかどうかを確認した。用いたDAST結晶の製造方法を以下に示す。
(J−1、J−2、J−3単結晶の育成)
実施例1の単結晶と同じ方法で、試料番号J−1、J−2、J−3単結晶を育成した。
[Example 2]
It was confirmed whether the crystals produced by various growth methods also have an annealing effect. The manufacturing method of the DAST crystal used is shown below.
(Growth of J-1, J-2, J-3 single crystals)
Sample numbers J-1, J-2, and J-3 single crystals were grown in the same manner as the single crystal of Example 1.

(JS−1、JS−2単結晶の育成)
(種結晶の作製)
DAST単結晶は、種結晶を育成することで得た。DAST種結晶は、市販のDAST粉末(純度99.0%以上 第一化学薬品社製)10.4gに400gのメタノールを加えDAST溶液を調整した。次いで、この溶液を55.0℃まで攪拌しつつ昇温し、10時間55.0℃を維持し、DAST粉末を完全に溶解させた。その後調整した溶液を40mLずつ分注し種結晶用溶液とした。調整した種結晶用溶液は再度55.0℃まで昇温し、10時間55.0℃を維持した後に、23.3℃まで降下させ種結晶を析出させた。
(単結晶の育成)
DAST単結晶の育成は、上記DAST粉末17.7gに400gのメタノールを加えDAST育成溶液を調整した。次いで、この溶液を55.0℃まで攪拌しつつ昇温し、10時間55.0℃を維持し、DAST粉末を完全に溶解させた。その後調整した溶液を280mLずつ分注し結晶育成用溶液とした。調整した結晶育成用溶液は再度55.0℃まで昇温し、10時間55.0℃を維持した。次いで、この溶液を44.8℃まで攪拌しつつ降下させ、その後30分維持し、支持体に付着させた種結晶を投入した。種結晶投入後、速やかに43.3℃まで降下させ、0.1℃/日の速度で溶液温度を降下させながら、40日間バルク単結晶を育成した。
(Growth of JS-1 and JS-2 single crystals)
(Preparation of seed crystal)
A DAST single crystal was obtained by growing a seed crystal. The DAST seed crystal was prepared by adding 400 g of methanol to 10.4 g of commercially available DAST powder (purity: 99.0% or more, manufactured by Daiichi Chemicals Co., Ltd.) to prepare a DAST solution. Next, this solution was heated to 55.0 ° C. while being stirred, and maintained at 55.0 ° C. for 10 hours to completely dissolve the DAST powder. Thereafter, 40 mL of the prepared solution was dispensed to prepare a seed crystal solution. The prepared seed crystal solution was heated again to 55.0 ° C., maintained at 55.0 ° C. for 10 hours, and then lowered to 23.3 ° C. to precipitate seed crystals.
(Single crystal growth)
For growth of the DAST single crystal, 400 g of methanol was added to 17.7 g of the DAST powder to prepare a DAST growth solution. Next, this solution was heated to 55.0 ° C. while being stirred, and maintained at 55.0 ° C. for 10 hours to completely dissolve the DAST powder. Thereafter, 280 mL of the prepared solution was dispensed to obtain a crystal growth solution. The adjusted crystal growth solution was again heated to 55.0 ° C. and maintained at 55.0 ° C. for 10 hours. Next, the solution was lowered to 44.8 ° C. while being stirred, and then maintained for 30 minutes, and seed crystals attached to the support were introduced. After the seed crystal was charged, the temperature was quickly lowered to 43.3 ° C., and a bulk single crystal was grown for 40 days while lowering the solution temperature at a rate of 0.1 ° C./day.

(JP−1、JP−2、JP−3単結晶の育成)
(種結晶の作製)
種結晶の育成は、上記(JS−1、JS−2単結晶の育成)における種結晶の作製と同じ条件とした。
(単結晶の育成)
DAST単結晶の育成は、上記(JS−1、JS−2単結晶の育成)における単結晶の育成と同じ条件としてバルク単結晶を育成した。その後、結晶の厚さが均等になるように(001)面および(00−1)面を研磨した。
(Growth of JP-1, JP-2, JP-3 single crystals)
(Preparation of seed crystal)
The seed crystal was grown under the same conditions as the seed crystal production in the above (Growth of JS-1 and JS-2 single crystals).
(Single crystal growth)
In the growth of the DAST single crystal, the bulk single crystal was grown under the same conditions as the growth of the single crystal in the above (JS-1, JS-2 single crystal growth). Thereafter, the (001) plane and the (00-1) plane were polished so that the crystal thickness was uniform.

得られた各DASTバルク単結晶のサイズを、表4に示す。
The size of each DAST bulk single crystal obtained is shown in Table 4.

試料番号J−1、J−2、J−3、JS−1、JS−2、JP−1、JP−2、JP−3のDAST結晶へのアニーリングは以下の方法・条件でアニーリング処理を行った。
インキュベータとして、EYELA VACUUM OVEN VOS−201SDを用いた。耐熱性のある敷板としてのSiウェハー上に、DAST結晶を並べ、インキュベータへ入れ、インキュベータ内を一度真空にし、その後不活性ガスとしてのアルゴンガスを装置内に充填する。アニーリング温度として220℃まで1℃/minの速度で昇温させ、保持時間として12時間のアニーリング処理を行い、その後、自然徐冷により結晶を室温まで冷却した。
Samples J-1, J-2, J-3, JS-1, JS-2, JP-1, JP-2, and JP-3 were annealed to the DAST crystal by the following method and conditions. It was.
EYELA VACUUM OVEN VOS-201SD was used as an incubator. DAST crystals are arranged on a Si wafer as a heat-resistant floor plate, put into an incubator, the inside of the incubator is evacuated once, and then argon gas as an inert gas is filled into the apparatus. The annealing temperature was raised to 220 ° C. at a rate of 1 ° C./min, an annealing treatment was performed for 12 hours as a holding time, and then the crystals were cooled to room temperature by natural slow cooling.

図3に、J−1、J−2、J−3単結晶のアニーリング前後でのTHz波発生試験結果を示す。図4に、JS−1、JS−2単結晶のアニーリング前後でのTHz波発生試験結果を、図5に、JP−1、JP−2、JP−3単結晶のアニーリング前後でのTHz波発生試験結果を示す。THz波を発生させるために結晶へ照射したビーム密度は622MW/cmである。THz波発生試験のためにレーザーを照射した結晶の部位は、顕微鏡により結晶の内部透過性が良好と確認された部位である。また、事前の評価にてレーザーによる結晶内部の損傷が生じている結晶については、内部損傷によるTHz波出力の減衰を懸念し、損傷発生前後で結晶の内部透過性が同等程度、かつ、レーザー照射により損傷を生じていない部位である。各試料において安定して0.5以上THz波が発生している時間を、表5に示す。
各種製法で育成した結晶においてもアニーリングを行うことでTHz波の発生時間が向上している。このことから、いかなる製法で育成した結晶においてもアニーリングの効果が得られることが理解できた。
FIG. 3 shows the THz wave generation test results before and after annealing of J-1, J-2, and J-3 single crystals. Fig. 4 shows the THz wave generation test results before and after annealing of JS-1 and JS-2 single crystals. Fig. 5 shows the generation of THz waves before and after annealing of JP-1, JP-2 and JP-3 single crystals. The test results are shown. The beam density applied to the crystal to generate THz waves is 622 MW / cm 2 . The portion of the crystal irradiated with the laser for the THz wave generation test is a portion whose internal permeability of the crystal is confirmed to be good by a microscope. In addition, for crystals whose internal damage has been caused by laser in the prior evaluation, there is concern about attenuation of THz wave output due to internal damage, and the internal transparency of the crystal is comparable before and after the occurrence of damage, and laser irradiation This is a site that has not been damaged. Table 5 shows the time during which THz waves are stably generated in each sample at 0.5 or more.
The generation time of THz waves is improved by annealing even in crystals grown by various manufacturing methods. From this, it was understood that the effect of annealing can be obtained in a crystal grown by any manufacturing method.

[実施例3]
安定したTHz波発生のためのビーム密度依存性およびアニーリング効果の確認試験をおこなった。DAST単結晶の製造は、実施例1と同じ条件で育成した。
得られた各DASTバルク単結晶のサイズを、表6に示す。
[Example 3]
A confirmation test of beam density dependence and annealing effect for stable THz wave generation was performed. The production of the DAST single crystal was grown under the same conditions as in Example 1.
The size of each DAST bulk single crystal obtained is shown in Table 6.

試料番号C−1、C−2、C−3のDAST結晶へのアニーリングは実施例1と同じく、アニーリング温度220℃まで1℃/minの速度で昇温させ、保持時間として12時間のアニーリング処理を行い、その後、自然徐冷により結晶を室温まで冷却した。   As in Example 1, annealing of sample numbers C-1, C-2, and C-3 to the DAST crystal was performed at a rate of 1 ° C./min up to an annealing temperature of 220 ° C., and an annealing treatment for 12 hours as a holding time. After that, the crystals were cooled to room temperature by natural slow cooling.

ビーム密度依存性によるテラヘルツ波の発生を確認した。前記[0008]に示したビーム密度とTHz波発生時間の関係性を確認するために、DAST結晶において安定したTHz波発生を確認するためのビーム密度依存性を検証した。
条件として、レーザー出力1.5GW/cm未満の出力に設定したレーザー照射において300秒以内に安定して0.5以上のTHz波が発生できなくなったDAST結晶であるC−1およびC−2、または、300秒以上に安定して0.5以上のTHz波が発生したDAST結晶であるC−3にレーザー出力1.5GW/cmのレーザーを照射した。また、THz波発生試験のためにレーザーを照射した結晶の部位は、顕微鏡により結晶の内部透過性が良好と確認された部位である。また、事前の評価にてレーザーによる結晶内部の損傷が生じている結晶については、内部損傷によるTHz波出力の減衰を懸念し、損傷発生前後で結晶の内部透過性が同等程度、かつ、レーザー照射により損傷を生じていない部位である。ビーム密度が高いほどTHz波発生時間が短くなるとするならば、上記条件方法によりレーザー出力1.5GW/cmを照射すると安定してTHz波が発生している時間が早くなるまたは安定してTHz波が発生している結晶でも安定してTHz波が発生している時間が早くなると推測できるからである。その結果を、表7に示す。
The generation of terahertz waves due to beam density dependence was confirmed. In order to confirm the relationship between the beam density shown in the above [0008] and the THz wave generation time, the beam density dependency for confirming stable THz wave generation in the DAST crystal was verified.
As a condition, C-1 and C-2 is a DAST crystal stably 0.5 or more THz wave within 300 seconds in the laser irradiation is set to an output of less than the laser output 1.5 GW / cm 2 can no longer be generated Alternatively, a laser having a laser output of 1.5 GW / cm 2 was applied to C-3, which is a DAST crystal that stably generated a THz wave of 0.5 or more for 300 seconds or more. Moreover, the part of the crystal irradiated with the laser for the THz wave generation test is a part where the internal permeability of the crystal is confirmed to be good by a microscope. In addition, for crystals whose internal damage has been caused by laser in the prior evaluation, there is concern about attenuation of THz wave output due to internal damage, and the internal transparency of the crystal is comparable before and after the occurrence of damage, and laser irradiation This is a site that has not been damaged. If the THz wave generation time is shortened as the beam density is higher, the time during which the THz wave is stably generated becomes faster or stable when the laser output of 1.5 GW / cm 2 is irradiated according to the above condition method. This is because it can be presumed that the time during which the THz wave is stably generated becomes early even in the crystal where the wave is generated. The results are shown in Table 7.

図6にビーム密度差による結晶のTHz波発生試験結果を示す。表7での条件イはビーム密度1.5GW/cm未満において出力値/最大出力の値が0.5以下になるまでの時間とし、条件ロはビーム密度1.5GW/cmにおいて出力値/最大出力の値が0.5以下になるまでの時間である。試料番号C−3は、上記のとおりレーザー出力1.5GW/cm未満の出力に設定したレーザー照射において300秒以上に安定して0.5以上のTHz波が発生したDAST結晶であり、表7では「−」とした。
各結晶におけるTHz波発生のビーム密度依存性をみてみると、どの結晶においてもビーム密度を上昇させることでTHz波が発生している時間が短くなっている。即ちこのことは、どのDAST結晶においてもビーム密度を上昇させると安定してTHz波を発生させることが困難であることを示している。
FIG. 6 shows the THz wave generation test result of the crystal due to the difference in beam density. Condition 7 in Table 7 is the time required for the output value / maximum output value to become 0.5 or less when the beam density is less than 1.5 GW / cm 2 , and condition B is the output value when the beam density is 1.5 GW / cm 2 . / The time until the maximum output value becomes 0.5 or less. Sample No. C-3 is a DAST crystal in which a THz wave of 0.5 or more was stably generated in 300 seconds or more in laser irradiation set to a laser output of less than 1.5 GW / cm 2 as described above. In FIG.
Looking at the beam density dependency of THz wave generation in each crystal, the time during which THz waves are generated is shortened by increasing the beam density in any crystal. That is, this indicates that it is difficult to stably generate THz waves when the beam density is increased in any DAST crystal.

レーザー出力1.5GW/cm未満の出力に設定したレーザー照射により300秒以内に安定して0.5以上のTHz波が発生できなくなったDAST結晶A−1、A−2、A−3に対して実施例1と同じ方法で、アニーリング温度220℃まで1℃/minの速度で昇温させ、保持時間として12時間のアニーリング処理を行い、その後、自然徐冷により結晶を室温まで冷却した。その後1.5GW/cmのレーザー照射による耐久性試験をおこなった。 To DAST crystals A-1, A-2, and A-3, in which a THz wave of 0.5 or more can no longer be stably generated within 300 seconds by laser irradiation set to an output of less than 1.5 GW / cm 2 On the other hand, in the same manner as in Example 1, the temperature was raised to an annealing temperature of 220 ° C. at a rate of 1 ° C./min, an annealing treatment for 12 hours was performed, and then the crystals were cooled to room temperature by natural slow cooling. Thereafter, a durability test by laser irradiation of 1.5 GW / cm 2 was performed.

レーザー照射によるTHz波発生試験は次のとおりである。DAST結晶回転用治具上に載せたDAST結晶にレンズ、ミラー系を介して二波長レーザービームを照射し、A/Dコンバーターを用い1秒ごとにDLATGS出力をモニタしてTHz波の発生状況を確認した。アニーリング処理前には2波長光のビーム密度1.5GW/cm未満とし、アニーリング後は2波長光のビーム密度1.5GW/cmとした。2波長光のレーザーは、波長λ=1475nm、λ=1493nm、パルス幅15ns/pulse、繰り返し周波数50Hzに設定したレーザー光を照射した。また、THz波発生試験のためにレーザーを照射した結晶の部位は、顕微鏡により結晶の内部透過性が良好と確認された部位である。また、事前の評価にてレーザーによる結晶内部の損傷が生じている結晶については、内部損傷によるTHz波出力の減衰を懸念し、損傷発生前後で結晶の内部透過性が同等程度、かつ、レーザー照射により損傷を生じていない部位である。 The THz wave generation test by laser irradiation is as follows. The DAST crystal placed on the DAST crystal rotation jig is irradiated with a two-wavelength laser beam through a lens and mirror system, and the DLATGS output is monitored every second using an A / D converter to check the THz wave generation status. confirmed. Before annealing treatment and the beam density 1.5 GW / cm less than 2 of the two-wavelength light, after annealing was beam density 1.5 GW / cm 2 of the two-wavelength light. The two-wavelength laser was irradiated with laser light set to wavelengths λ 1 = 1475 nm, λ 2 = 1493 nm, pulse width 15 ns / pulse, and repetition frequency 50 Hz. Moreover, the part of the crystal irradiated with the laser for the THz wave generation test is a part where the internal permeability of the crystal is confirmed to be good by a microscope. In addition, for crystals whose internal damage has been caused by laser in the prior evaluation, there is concern about attenuation of THz wave output due to internal damage, and the internal transparency of the crystal is comparable before and after the occurrence of damage, and laser irradiation This is a site that has not been damaged.

THz波発生試験の結果を、表8および図7に示す。アニーリング前は安定して300秒以上のTHz波を発生した結晶は試料3つのうちなかったが、上記アニーリング処理により試料3つとも300秒以上の安定したTHz波を発生した結晶になっていた。
The results of the THz wave generation test are shown in Table 8 and FIG. Before annealing, none of the three samples stably generated a THz wave of 300 seconds or more, but all three samples were crystals that generated a stable THz wave of 300 seconds or more by the annealing treatment.

本発明によれば、有機光学単結晶をアニーリング処理することにより、有機光学単結晶から発生するテラヘルツ波の発生時間を向上させることができた。そしてその製造方法によってテラヘルツ波の発生時間を向上させた有機光学単結晶を容易に得ることができ、テラヘルツ波発生用に安定したものとして有効に利用することができる。
According to the present invention, it is possible to improve the generation time of the terahertz wave generated from the organic optical single crystal by annealing the organic optical single crystal. And the organic optical single crystal which improved the generation | occurrence | production time of the terahertz wave by the manufacturing method can be obtained easily, and it can utilize effectively as what was stabilized for terahertz wave generation.

本発明結晶のアニーリング効果温度範囲図Annealing effect temperature range diagram of the crystal of the present invention 本発明結晶のテラヘルツ発生試験結果Results of terahertz generation test of crystals of the present invention 本発明結晶のアニーリング前後のテラヘルツ発生試験結果1Terahertz generation test result 1 before and after annealing of the crystal of the present invention 1 本発明結晶のアニーリング前後のテラヘルツ発生試験結果2Terahertz generation test result 2 before and after annealing of the crystal of the present invention 2 本発明結晶のアニーリング前後のテラヘルツ発生試験結果3Terahertz generation test result 3 before and after annealing of the crystal of the present invention 3 損傷のビーム密度依存性試験結果Damage density beam density test results 本発明結晶のアニーリング前後のテラヘルツ発生試験結果4Terahertz generation test result before and after annealing of the crystal of the present invention 4

Claims (6)

スチルバゾリウム誘導体からなる有機光学単結晶を、不活性ガス中で前記有機光学単結晶の融点以下かつ結晶分子の自由度が高まる温度以上の範囲でアニーリング処理することにより、前記有機光学単結晶から発生するテラヘルツ波の発生時間を前記アニーリング処理前に対し向上させた有機光学単結晶の製造方法。   An organic optical single crystal composed of a stilbazolium derivative is generated from the organic optical single crystal by annealing in an inert gas at a temperature below the melting point of the organic optical single crystal and above the temperature at which the degree of freedom of crystal molecules is increased A method for producing an organic optical single crystal, wherein the generation time of a terahertz wave is improved as compared with that before the annealing treatment. 前記アニーリング処理を、アニーリング温度に結晶中の欠陥を除去するために十分な時間保持した後、徐冷する請求項1に記載の有機光学単結晶の製造方法。   The method for producing an organic optical single crystal according to claim 1, wherein the annealing treatment is held at an annealing temperature for a sufficient time to remove defects in the crystal and then slowly cooled. 前記アニーリング処理を、磁場を作用させた条件のもとで行う請求項1または2に記載の有機光学単結晶の製造方法。   The method for producing an organic optical single crystal according to claim 1, wherein the annealing treatment is performed under a condition where a magnetic field is applied. 前記スチルバゾリウム誘導体が、下記式1で表されるスチルバゾリウム誘導体である請求項1〜3のいずれかに記載の有機光学単結晶の製造方法。
The method for producing an organic optical single crystal according to claim 1, wherein the stilbazolium derivative is a stilbazolium derivative represented by the following formula 1.
前記有機光学単結晶が、スチルバゾリウムカチオン誘導体であるDASTおよびDASCの少なくとも一方の結晶である請求項1〜4のいずれかに記載の有機光学単結晶の製造方法。   The method for producing an organic optical single crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic optical single crystal is at least one of DAST and DASC which are stilbazolium cation derivatives. 前記有機光学単結晶が、DASTの結晶である請求項5に記載の有機光学単結晶の製造方法。   The method for producing an organic optical single crystal according to claim 5, wherein the organic optical single crystal is a DAST crystal.
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