[发明专利]负曲率空芯太赫兹聚合物波导管的制备方法及制备装置

说明书

本发明公开了一种负曲率空芯太赫兹聚合物波导管的制备方法及制备装置，制备的波导管长度理论上可以无限长，有利于太赫兹波导器件质量的稳定性、批量化生产，为太赫兹波导通信系统的大规模应用提供低价格高品质薄壁波导管器件。该方法的主要实现步骤包括：1、将颗粒光学聚合物原料进行充分干燥；2、将干燥后的颗粒料，送入竖式单螺杆挤出机，并在竖式单螺杆挤出机的搅拌、推动下充分加热和塑化，形成流体料；3、波导管预制结构的成型与同步拉伸；4、对负曲率空芯太赫兹聚合物波导管进行绕制收卷。

技术领域

本发明一种太赫兹聚合物微结构波导管的制备方法，具体涉及一种负曲率空芯太赫兹聚合物波导管的制备方法及制备装置。

背景技术

现有太赫兹聚合物微结构波导管是采用大尺寸预制棒制备后，在拉丝塔拉伸的两步法制备。根据预制棒的制备方法不同，又可以分为堆积-拉伸法与挤出-拉伸两步法。堆积预制棒的制造方法主要是用大直径聚合物管材把根数根或数百根小直径管材按一定规律排列的小管子套在一起的方法；挤出预制棒的制造方法主要是利用挤出机与预制棒模具链接利用热塑挤出成型法制作预制棒在模具中，脱模后得到预制棒。该两种方法均为间歇式制造、预制棒长度有限，中间环节多，既费工费电费人力、又不能实现连续生产等问题，而且大直径聚合物预制棒被拉伸成型时聚合物材料在拉伸炉二次受热老化，这增加了材料的损耗；从预制棒尺寸到达稳定的目标管材尺寸要消耗1/4的预制棒，在最后阶段预制棒的尾部因为被夹持也不能利用，所以有近一半预制棒(头、尾)不能被利用，导致出现高品质微结构聚合物波导管的实际产出率低，耗材耗电严重的问题。

随着对太赫兹聚合物微结构波导管研究的不断深入，负曲率空芯聚合物薄壁管材料作为太赫兹波导管的一种新结构形式，迅速成为太赫兹波导器件研究领域的焦点。这种太赫兹波导管不仅传输损耗低和模式纯度高，还拥有任何现有太赫兹波导器件都无法匹敌的宽带导波和超高激光损伤阈值的特性。与现有的太赫兹聚合物微结构波导管器件相比，它的微结构被大大简化，不仅空气占空比高使得管波导器件柔软性更好，而且这使得制造它的方法也可以简化。

现有负曲率空芯太赫兹聚合物波导管目前主要是采用了以下两种实现方法：

一种沿用了大管套小管构建预制棒后再拉伸的工艺技术研制了直径8mm的负曲率空芯波导管材。但该工艺制造的负曲率空芯管材的损耗并没有突破性改善(在0.47THz，30dB/m)，其主要原因是管材本身质量差，管壁太厚无柔性，预制棒结构的力学性能差，设计结构与预制棒拉伸后得到的管材的实际结构存在很大的偏离，因而没有显示出低损耗高带宽设计结构应有的优势。

另外一种是采用3D打印方法制备空芯负曲率太赫兹聚合物波导管。但是这样制备负曲率空芯太赫兹聚合物波导管长度仅在10-20厘米，无法满足太赫兹波导系统应用所需要数米以上长度的要求。

发明内容

为了解决现有采用预制棒结合拉伸技术制备负曲率空芯聚合物波导管时存在的损耗大、产率低的问题，以及采用3D打印的方式制备负曲率空芯太赫兹聚合物波导管时无法满足实际所需长度要求的问题，本发明提供了一种负曲率空芯太赫兹聚合物波导管的制备方法及制备装置。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种负曲率空芯太赫兹聚合物波导管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：干燥

将颗粒光学聚合物原料进行充分干燥；

步骤2：塑化过程

将干燥后的颗粒料，送入竖式单螺杆挤出机，并在竖式单螺杆挤出机的搅拌、推动下充分加热和塑化，形成流体料；

步骤3：波导管预制结构的成型与同步拉伸；

在螺杆推动下将充分塑化后的流体料挤入预成型模具中，随着波导管预制结构的逐渐成型，波导管预制结构的头部逐渐暴露到空气中，并被空气降温；预成型模具的截面结构与波导管预制结构的截面结构为互补关系；