Qu'est-ce qu'une plaque de zone?
Une plaque de zone est un support plat et circulaire en matériau utilisé pour la focalisation de la lumière ou d'autres ondes électromagnétiques, telles que les rayons X, utilisant les principes de la diffraction. Elles sont souvent appelées plaques de la zone de Fresnel et sont associées à la lentille de Fresnel, toutes deux nommées en hommage à un ingénieur français du 19ème siècle, Augustin-Jean Fresnel, qui a étudié la nature de l’optique. Les effets de réseau de diffraction avec une plaque de zone ou une lentille de Fresnel trouvent des applications en photographie, en microscopie et en holographie à rayons gamma, ainsi que pour les systèmes d'antennes basés dans l'espace.
Les plaques Zone utilisent le principe de la diffraction pour courber une onde lumineuse ou une autre énergie, telle que des ondes sonores ou de matière quantiques d'atomes d'hormium et de neutrons libres, en recourbant leur angle d'incidence lorsqu'elles impactent des milieux transparents et opaques. Cela crée un niveau d'interférence constructive avec les ondes lumineuses lorsqu'elles se focalisent au-delà de la plaque de zone, ce qui peut augmenter la résolution de certains aspects de la onde lumineuse ou énergétique. Pour traiter de la sorte tout le rayonnement électromagnétique impactant une surface, une plaque de zone est composée de cercles concentriques alternant des qualités réfléchissantes ou opaques et des qualités transparentes ou légères, ce qui lui donne l’apparence d’un correcteur.
Un type spécial de plaque de zone où les anneaux sombres et lumineux se fondent les uns dans les autres créera un point focal unique, qui a été utilisé avec les rayons gamma dans le domaine de l'holographie en imagerie médicale. L'idée est à l'étude pour l'imagerie des régions entourant les isotopes traceurs introduits dans l'organisme en médecine nucléaire. Lorsque la source radioactive illumine une plaque de zone, la plaque crée une ombre qui peut être enregistrée sur un film photographique à une taille inférieure à celle de la source réelle. Cette image reflète précisément le motif d'interférence créé par la plaque de zone en trois dimensions, et l'image photographiée peut ensuite être éclairée avec une lumière ordinaire pour reconstruire l'image et examiner en détail la structure autour des isotopes.
La microscopie à rayons X est l’un des principaux domaines de recherche pour l’utilisation de dispositifs à réseaux de diffraction tels que les plaques à zones. Ceci est dû au fait que les matériaux de lentilles traditionnels tels que le verre réfléchissent les rayons X ou ne les diffrègent que faiblement au lieu de les focaliser, en raison de la petite taille de leur longueur d'onde, et que les plaques de zone doivent être construites à l'échelle nanométrique pour obtenir l'effet de focalisation souhaité. Typiquement, une plaque de zone à rayons X a un diamètre circulaire d'environ 4 millimètres et une épaisseur de zone comprise entre 50 et 300 nanomètres. De telles lentilles à plaque de zone peuvent focaliser les faisceaux de rayons X jusqu'à une résolution de 10 nanomètres ou 10 milliards de mètres. En comparaison, une molécule typique d'eau, ou H 2 O, a un diamètre d'environ 1 nanomètre. Cela permet d'étudier des matériaux biologiques, des cristaux et d'autres structures au niveau atomique avec un degré de résolution optique élevé.
L’utilisation de plaques de zone en tungstène d’un millimètre d’épaisseur pour capturer les rayons X à haute énergie jusqu’à 250 000 électron-volts (250 keV) a été étudiée dans les systèmes d’antennes spatiales de 1968 à 2003. la capacité des matériaux de lentilles conventionnels, qui ne peuvent pas capturer des photons supérieurs à 10 keV. Des plaques à deux zones ont été utilisées en tandem dans une expérience, avec un diamètre de 2,4 centimètres contenant 144 zones concentriques, espacées de 30 centimètres dans le télescope. Ils ont démontré une résolution d'environ 30 secondes d'arc, sans tache d'arago dans le processus de projection d'ombres pour les rayons X. Un point d'arago, ou point de Poisson, est un point d'énergie typique qui apparaît au centre de l'ombre d'un diagramme de diffraction de Fresnel où se produit une interférence constructive entre les longueurs d'onde de l'énergie. Les antennes à réflecteur à plaques de zone pour engins spatiaux sont considérées comme un saut technologique par rapport aux antennes paraboliques traditionnelles: leur coût et leur poids sont beaucoup plus bas, avec des caractéristiques de performance à gain élevé et une efficacité permettant de capturer jusqu'à 95% du rayonnement incident.