Hvad er en zoneplade?
En zoneplade er et fladt, cirkulært medium med materiale, der bruges til at fokusere lys eller andre elektromagnetiske bølger, såsom røntgenstråler, ved hjælp af principper for diffraktion.De omtales ofte som Fresnel Zone-plader og er relateret til Fresnel-objektivet, som begge er opkaldt efter en fransk ingeniør fra det 19. århundrede, Augustin-Jean Fresnel, der studerede naturen af optik.Diffraktionsgittereffekter med en zoneplade eller Fresnel-linse har applikationer inden for fotografering, mikroskopi og gammastråle-holografi såvel som for potentielle rumbaserede antennesystemer. Zoneplader bruger princippet om diffraktion til at bøje en bølge af lys eller anden energi, såsom lyd- eller kvanteniveau, der bølger af frie neutroner og heliumatomer, ved at bøje deres forekomstvinkel, når de påvirker gennemsigtige og uigennemsigtige medier.Dette skaber et niveau af konstruktiv interferens med de lette bølger, hvor de kommer til at fokusere ud over zonepladen, hvilket kan øge opløsningen for visse aspekter af lyset eller energibølgen.For at behandle alle de elektromagnetiske stråling, der påvirker en overflade på denne måde, består en zoneplade af koncentriske cirkler, der skifter mellem reflekterende eller uigennemsigtige egenskaber og gennemsigtige eller lysegenskaber, hvilket giver det udseendet af et tyreøje.
En speciel type zoneplade, hvor de mørke og lette ringe falmer ind i hinanden, vil skabe et enkelt fokuspunkt, der er blevet brugt med gammastråler inden for medicinsk billeddannelsesholografi.Ideen undersøges til billeddannelse af regioner omkring sporstofisotoper introduceret i kroppen i nuklearmedicin.Når den radioaktive kilde belyser en zoneplade, kaster pladen en skygge, der kan optages på fotografisk film i en mindre størrelse end den faktiske kilde.Dette billede afspejler nøjagtigt interferensmønsteret skabt af zonepladen i tre dimensioner, og det fotograferede billede kan senere belyses med almindeligt lys for at rekonstruere billedet og undersøge strukturen omkring isotoperne i detaljer.
Røntgenmikroskopi er et afDe primære forskningsarenaer til brug af diffraktionsgitterenheder såsom zoneplader.Dette skyldes, at traditionelle objektivmaterialer som glas afspejler røntgenstråler eller kun svagt diffraherer dem i stedet for at fokusere dem på grund af deres lille bølgelængdestørrelse, og zoneplader skal konstrueres på en nanometerskala for at opnå den ønskede fokuseringseffekt.En røntgenzoneplade har typisk en cirkulær diameter på ca. 4 millimeter og zonetykkelser på mellem 50 til 300 nanometer.Sådanne zonepladeobjektiver kan fokusere røntgenstråler ned til en opløsning så fine som 10 nanometer eller 10 milliarder dollars af en meter.Til sammenligning er et typisk molekyle af vand eller H
2O, ca. 1 nanometer i diameter.Dette gør det muligt at studere biologiske materialer, krystaller og andre strukturer på atomniveauet med en fin grad af optisk opløsning. Brug af zoneplader lavet af 1 millimeter tyk wolfram til at fange røntgenstråler med høj energi med energiniveauet optil 250.000 elektronvolt (250 keV) i størrelse i rumbaserede antennesystemer er blevet undersøgt fra 1968 til 2003. Dette går ud over evnen til konventionelle linse-materialer, som ikke kan fange fotoner over 10 keV.To-zone plader blev anvendt i tandem i et eksperiment med en diameter på 2,4 centimeter indeholdende 144 koncentriske zoner, placeret 30 centimeter fra hinanden i teleskopet.De demonstrerede en opløsning på omkring 30 buesekunder uden Arago-stedet i skyggestøbningsprocessen for røntgenstrålerne.Et Arago -sted eller Poisson -stedet er et typisk energipunkt, der vises i Shadow Center af et Fresnel -diffraktionsmønster, hvor konstruktiv interferens forekommer mellem energibølgelængder.Zone Plate Reflector-antenner til rumfartøj ses som et teknologisk spring fremad fra traditionel parabolisk antenne, der har meget lavere omkostninger og vægt, med høj forstærkning PerformaNCE -egenskaber og effektivitet til optagelse af op til 95% af hændelsesstrålingen.