Hvad er en zone plade?
En zoneplade er et fladt, cirkulært medium af materiale, der bruges til at fokusere lys eller andre elektromagnetiske bølger, såsom røntgenstråler, ved anvendelse af diffraktionsprincipper. De omtales ofte som Fresnel-zone-plader og er relateret til fresnel-linsen, som begge er opkaldt efter en fransk ingeniør fra det 19. århundrede, Augustin-Jean Fresnel, som studerede optikens natur. Diffraktionsgittereffekter med en zoneplade eller fresnelobjektiv har anvendelser inden for fotografering, mikroskopi og gammastråleholografi såvel som til potentielle pladsbaserede antennesystemer.
Zoneplader bruger diffraktionsprincippet til at bøje en bølge af lys eller anden energi, såsom lyd- eller kvantniveaustofbølger af frie neutroner og heliumatomer, ved at bøje deres indfaldsvinkel, når de påvirker gennemsigtige og uigennemsigtige medier. Dette skaber et niveau af konstruktiv interferens med lysbølgerne, hvor de kommer til at fokusere ud over zonepladen, hvilket kan øge opløsningen for visse aspekter af lys- eller energibølgen. For at behandle al den elektromagnetiske stråling, der påvirker en overflade på denne måde, består en zoneplade af koncentriske cirkler, der skifter mellem reflekterende eller uigennemsigtige kvaliteter og gennemsigtige eller lette kvaliteter, hvilket giver det udseendet som en tyres øje.
En speciel type zoneplade, hvor de mørke og lyse ringe falmer ind i hinanden, skaber et enkelt fokuspunkt, der er blevet brugt med gammastråler inden for medicinsk billeddannelsesholografi. Idéen undersøges med henblik på afbildning af regioner omkring sporingsisotoper, der indføres i kroppen i nuklearmedicin. Når den radioaktive kilde lyser en zoneplade, kaster pladen en skygge, der kan optages på fotografisk film i en mindre størrelse end den faktiske kilde. Dette billede reflekterer nøjagtigt interferensmønsteret oprettet 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 en af de primære forskningsarenaer til anvendelse af diffraktionsgitterindretninger, såsom zoneplader. Dette skyldes, at traditionelle linsematerialer som glas reflekterer røntgenstråler eller kun svagt diffrakterer dem i stedet for at fokusere dem på grund af deres lille bølgelængdestørrelse, og zoneplader skal konstrueres i en nanometerskala for at opnå den ønskede fokuseringseffekt. En røntgenzoneplade har typisk en cirkulær diameter på ca. 4 mm og zonetykkelser mellem 50 og 300 nanometer. Sådanne zonepladelinser kan fokusere røntgenstråler ned til en opløsning så fin som 10 nanometer eller 10 milliarddele af en meter. Til sammenligning er et typisk vandmolekyle eller H20 ca. 1 nanometer i diameter. Dette gør det muligt at studere biologiske materialer, krystaller og andre strukturer på atomniveau med en fin grad af optisk opløsning.
Ved hjælp af zoneplader lavet af 1 millimeter tyk wolfram til at fange røntgenstråler med høj energi med energiniveau på op til 250.000 elektron volt (250 keV) i rumbaserede antennesystemer er der undersøgt fra 1968 til 2003. Dette går ud over muligheden for konventionelle linsematerialer, som ikke kan fange fotoner over 10 keV. To-zoneplader blev anvendt i tandem i et forsøg 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-plet i skygge-støbningsprocessen for røntgenstrålerne. En arago-plet, eller Poisson-plet, er et typisk energipunkt, der vises i skyggecentret af et Fresnel-diffraktionsmønster, hvor konstruktiv interferens forekommer mellem energibølgelængder. Zonepladens reflektorantenner til rumfartøjer ses som et teknologisk spring fremad fra traditionel parabolantennen, der har meget lavere omkostninger og vægt med højtydende ydeevneegenskaber og effektivitet til optagelse af op til 95% af hændelsesstrålingen.