本发明属于太赫兹，具体涉及一种金属超表面聚合物微结构光纤及其制备方法。
背景技术：
1、随着太赫兹技术的快速发展，其在成像、传感、通信等领域展现出巨大的应用潜力。太赫兹的高效传输是太赫兹技术应用的重要环节，受到研究人员的极大关注。由于太赫兹波极容易被水吸收，在应用时会因为环境、天气等外界条件，可能产生巨大的传输损耗，导致在自由空间中传输受限，从而限制了进一步的应用。因此，研究人员研究了可用于传输太赫兹波的波导器件，其中微结构空芯光纤以其低损耗、低色散传输等优点受到了广泛的关注。
2、传统的微结构光纤中，通常通过改变光纤的结构来影响其传输特性。研究人员也逐渐在光纤包层中加入与基材不同的材料结构来调制光纤的传输性能。研究人员通过在包层结构中加入与光纤基底材料不同的硅、石墨烯、二氧化钒等材料来调制太赫兹波的传输特性。此外，超表面是一种人工复合型材料，一般是由在介质材料或者半导体材料基底上的亚波长金属结构构成。超表面可表现出自然界中天然材料所不具有的超常物理特性，例如负折射率、负磁导率、异常透射和超吸收。超表面对电磁场有良好的局域场增强特性，这种电磁特性并非来源于构成材料本身的物理性质，而是取决于人工构建的超材料结构，具有较强的可设计性。在我们之前的研究中发现，将金属超表面结构与微结构光纤相结合，在聚合物微结构光纤中加入金属超表面结构能有效调制光纤的传输特性，比如在双折射、限制损耗等性能，获得比传统单种材料更好的性能。
3、目前暂无公开的金属超表面辅助的聚合物微结构光纤的制备技术。现有几种技术能够实现空芯太赫兹光纤的制备。文献[applied optics,2023,62:5778-578]报道了一种基于3d打印技术的微结构光纤制备方法。利用建模软件建立构造相应的微结构光纤的模型，利用3d打印机直接打印成型。该技术的缺点：首先，3d打印技术在光纤材料的选择上受限于技术固有的机理，通常选择光固化树脂作为光纤材料，此类材料在太赫兹波段的吸收损耗较高，难以进一步降低光纤的传输损耗，且3d打印技术无法将金属超表面结构与树脂材料同时打印，需要再通过复杂的工艺在3d打印的光纤中制备金属超表面结构，且这种方法目前并无相关报道。其次，在光纤的传输特性中，谐振波长可以根据公式进行计算，涉及到了包层厚度，其中λ为波长，t为包层厚度，n为材料折射率。说明包层厚度的改变会直接影响光纤的传输性能。所以包层的厚度至关重要，而在传统的3d打印制造中，包层厚度容易受3d打印后残留物等影响产生偏差，从而影响了光纤的传输性能。且受限于打印机精度限制，较难实现包层管壁厚度小于100um的光纤制备，所需的打印成本很高。最后，按照传统3d打印的思路，一般会先3d打印制造光纤包层管后再加入微结构，这种方法极其依赖精度，需要精准地测量光纤包层管的具体参数，很容易产生测量误差使得微结构偏离原先设计的位置，从而影响光纤的传输特性，且目前此种方法未见实现。
4、专利[202310261442.0]公开了一种空芯反谐振太赫兹光纤的制备方法，通过挤压成型实现聚合物颗粒到空芯反谐振光纤包层的制备，再根据设计的光纤结构进行光纤的堆积成型。该技术的缺点是：首先，此方法需要对聚合物颗粒进行加热、挤压等过程，容易在上述过程中引入气泡等缺陷，影响包层管壁的均匀性，且最小的厚度为90um，较难实现进一步的降低厚度；其次，此种方法只能够对单一的材料进行加工，无法实现多种材料的结合，不能够实现金属超表面辅助的微结构光纤的制备；最后，该方法需要设备有料筒、结构化模具、由伺服系统控制的挤压杆、加热炉以及牵引机等，制备系统复杂，且在拉制过程中需要实时测量并调节，增加了制备难度，容易产生误差，虽然其认为在±10um的误差是正常的，但根据上述公式，该误差会影响光纤的传输特性。
5、综上，现有技术中存在的问题可概况为如下几方面：
6、1)目前光纤制备技术中存在的无法将金属超表面和微结构光纤结构结合制备的问题，目前报道的方法无法将金属超表面结构与聚合材料同时加工，需要再通过复杂的工艺在加工出来的光纤中制备金属超表面结构；
7、2)目前空芯微结构光纤制备中包层管壁厚度无法精确控制、无法获得任意超薄壁厚且管壁厚度均匀性的问题，目前常见的制备方法无论是3d打印还是挤压成型技术制备微结构光纤，其能实现的管壁厚度在100um量级左右，无法进一步降低到任意的管壁厚度，且在制备过程中容易引入缺陷，导致包层管壁厚度不均匀，影响光纤的传输特性；
8、3)目前微结构光纤制备技术成本较高的问题，为了实现高性能的微结构光纤的制备，需要的设备、系统等较为复杂，且制作过程需要控制的条件较多，增加了制备成本。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决现有技术中的上述技术问题，并提供一种金属超表面聚合物微结构光纤及其制备方法。
2、本发明所采用的具体技术方案如下：
3、第一方面，本发明提供了一种金属超表面聚合物微结构光纤，所述金属超表面聚合物微结构光纤的外层结构为管状的聚合物包覆层，内层结构为环向周期性贴附于聚合物包覆层内壁的多个带有金属超表面的包层管结构，各包层管结构以及金属超表面沿光纤走向连续延伸，且所有包层管结构由一张平面形式的预制有金属超表面的聚合物薄膜三维弯折塑形而成。
4、第二方面，本发明提供了一如上述第一方面方案所述金属超表面聚合物微结构光纤的制备方法，其包括：
5、s1、在聚合物薄膜的平面上按照所有包层管结构的平面展开形式，加工形成各个包层管结构对应的金属超表面，然后将带有金属超表面的聚合物薄膜中沿金属超表面方向的两条对边进行对接联结，形成管状膜体；
6、s2、将所述管状膜体套于一个条形的模具外部，所述模具的横截面与光纤内部由聚合物包覆层内壁和所有包层管结构外壁围合而成的中空腔体的横截面相同；将所述管状膜体压合至所述模具的外表面进行塑形，塑形后管状膜体含有光纤内部的所有包层管结构；
7、s3、在带有所述塑形后管状膜体的模具外部套设一条内表面带有粘接剂的热缩管，然后通过热缩工艺使热缩管缩合并粘接至所述塑形后管状膜体外部，作为所有包层管结构的聚合物包覆层；
8、s4、待热缩工艺完毕并退火冷却后，将分离并取出模具，得到所述金属超表面聚合物微结构光纤。
9、作为上述第二方面的优选，所述金属超表面通过微结构加工技术制备于聚合物薄膜表面。
10、作为上述第二方面的优选，所述微结构加工技术包括柔性印刷电路板印刷技术、光刻技术、激光直写技术。
11、作为上述第二方面的优选，所述热缩管采用带胶热缩管。
12、作为上述第二方面的优选，所述热缩管的热缩之前的内径为光纤设计外径的2～4倍。
13、作为上述第二方面的优选，所述热缩工艺通过热风枪对热缩管进行加热实现。
14、作为上述第二方面的优选，所述s4中，分离并取出模具后，若存在多余的聚合物包覆层或聚合物薄膜，需进行裁剪去除。
15、作为上述第二方面的优选，所述模具通过3d打印机得到。
16、作为上述第二方面的优选，所制备的光纤长度大于所述模具长度时，按照所述模具的长度进行分段制备，每完成一段光纤制备后将所述模具移动至下一段继续重复s2～s4，直至完成整条光纤的加工。
17、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
18、1)本发明提供了一种低成本的金属超表面聚合物微结构光纤，其将金属超表面与微结构光纤结合获得相应的光纤器件，解决了现有制备方法无法直接在光纤结构中加工金属超表面的不足，为高性能微结构光纤的制备提供更高的灵活性，可以提高光纤器件的传输性能。
19、2)本发明提供了一种低成本金属超表面聚合物微结构光纤制备方法，利用成熟的聚合物薄膜产品作为微结构光纤的制备材料，其厚度在一定范围内可以任意选择，采用同一张聚合物薄膜材料进行光纤结构的卷积制备，可以在多个连续的包层结构中形成金属超表面，并保证了厚度的一致性，极大地提高了光纤的性能。
20、3)本发明提供了一种低成本金属超表面聚合物微结构光纤制备方法，基于现有的成熟的金属微结构加工技术，可以在聚合物薄膜上加工所设计的金属超表面，增强了微结构光纤对太赫兹波的调控能力。
21、4)本发明提供了一种低成本金属超表面聚合物微结构光纤制备方法，与现有的技术相比较，本发明方法无需使用特殊的设备及步骤，使用的工具都是较为容易获得，因此成本较低。
1.一种金属超表面聚合物微结构光纤，其特征在于，所述金属超表面聚合物微结构光纤的外层结构为管状的聚合物包覆层(1)，内层结构为环向周期性贴附于聚合物包覆层(1)内壁的多个带有金属超表面(4)的包层管结构(3)，各包层管结构(3)以及金属超表面(4)沿光纤走向连续延伸，且所有包层管结构(3)由一张平面形式的预制有金属超表面(4)的聚合物薄膜(2)三维弯折塑形而成。
2.一种如权利要求1所述金属超表面聚合物微结构光纤的制备方法，其特征在于，包括：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属超表面(4)通过微结构加工技术制备于聚合物薄膜(2)表面。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述微结构加工技术包括柔性印刷电路板印刷技术、光刻技术、激光直写技术。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热缩管采用带胶热缩管。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热缩管的热缩之前的内径为光纤设计外径的2～4倍。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热缩工艺通过热风枪对热缩管进行加热实现。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述s4中，分离并取出模具(5)后，若存在多余的聚合物包覆层(1)或聚合物薄膜(2)，需进行裁剪去除。
9.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述模具(5)通过3d打印机得到。
10.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所制备的光纤长度大于所述模具(5)长度时，按照所述模具(5)的长度进行分段制备，每完成一段光纤制备后将所述模具(5)移动至下一段继续重复s2～s4，直至完成整条光纤的加工。
