Hva er en soneplate?
En soneplate er et flatt, sirkulært medium av materiale som brukes til å fokusere lys eller andre elektromagnetiske bølger, for eksempel røntgenstråler, ved bruk av diffraksjonsprinsipper. De blir ofte referert til som Fresnel-soneplater og er relatert til fresnellinsen, som begge er oppkalt etter en fransk ingeniør fra 1800- tallet, Augustin-Jean Fresnel, som studerte optikkens natur. Diffraksjonsgittereffekter med en soneplate eller fresnellins har applikasjoner innen fotografering, mikroskopi og gammastråleholografi, så vel som for potensielle rombaserte antennesystemer.
Soneplater bruker diffraksjonsprinsippet for å bøye en bølge av lys eller annen energi, for eksempel lyd- eller kvantnivåstoffbølger av frie nøytroner og heliumatomer, ved å bøye deres innfallsvinkel når de påvirker transparente og ugjennomsiktige medier. Dette skaper et nivå av konstruktiv forstyrrelse av lysbølgene der de kommer til å fokusere utover soneplaten, noe som kan øke oppløsningen for visse aspekter av lys- eller energibølgen. For å behandle all den elektromagnetiske strålingen som påvirker en overflate på denne måten, består en soneplate av konsentriske sirkler som veksler mellom reflekterende eller ugjennomsiktige kvaliteter og gjennomsiktige eller lette kvaliteter, noe som gir den utseendet til en okse.
En spesiell type soneplate der de mørke og lyse ringene falmer inn i hverandre vil skape et enkelt fokuspunkt, som har blitt brukt med gammastråler innen medisinsk bildebehandlingsholografi. Ideen blir undersøkt for avbildning av regioner rundt sporingsisotoper introdusert i kroppen i kjernemedisin. Når den radioaktive kilden lyser opp en soneplate, kaster platen en skygge som kan spilles inn på fotografisk film i en mindre størrelse enn den faktiske kilden. Dette bildet gjenspeiler nøyaktig interferensmønsteret som er laget av soneplaten i tre dimensjoner, og det fotograferte bildet kan senere bli belyst med vanlig lys for å rekonstruere bildet og undersøke strukturen rundt isotopen i detalj.
Røntgenmikroskopi er en av de primære forskningsarenaene for bruk av diffraksjonsgitterapparater som soneplater. Dette skyldes at tradisjonelle linsematerialer som glass vil reflektere røntgenstråler eller bare svakt spre dem i stedet for å fokusere dem, på grunn av deres lille bølgelengdestørrelse, og soneplater må konstrueres i en nanometer skala for å oppnå den ønskede fokuseringseffekten. Typisk har en røntgenstrålesoneplate en sirkulær diameter på omtrent 4 millimeter og sonetykkelser mellom 50 og 300 nanometer. Slike soneplatlinser kan fokusere røntgenstråler ned til en oppløsning så fin som 10 nanometer, eller 10 milliarddeler av en meter. Til sammenligning er et typisk vannmolekyl, eller H20, omtrent 1 nanometer i diameter. Dette gjør det mulig å studere biologiske materialer, krystaller og andre strukturer på atomnivå med en fin grad av optisk oppløsning.
I rombaserte antennesystemer er det blitt undersøkt bruk av soneplater laget av 1 millimeter tykk wolfram for å fange høyenergi røntgenstråler med energinivåer opp til 250 000 elektron volt (250 keV) i rombaserte antennesystemer fra 1968 til 2003. Dette går utover muligheten til konvensjonelle linsematerialer, som ikke kan fange fotoner over 10 keV. To-soneplater ble brukt i tandem i ett eksperiment, med en diameter på 2,4 centimeter inneholdende 144 konsentriske soner, plassert 30 centimeter fra hverandre i teleskopet. De demonstrerte en oppløsning på rundt 30 buesekunder, uten arago-flekk i skygge-støpeprosessen for røntgenstrålene. En arago-flekk, eller Poisson-flekk, er et typisk energipunkt som vises i skyggesenteret av et Fresneldiffraksjonsmønster der konstruktiv interferens oppstår mellom energibølgelengder. Soneplate-reflektorantenner for romfartøy blir sett på som et teknologisk sprang fremover fra tradisjonell parabolantennen, med mye lavere kostnad og vekt, med høye gevinstegenskaper og effektivitet for å fange opp til 95% av hendelsesstrålingen.