Vad är en zonplatta?
En zonplatta är ett plant, cirkulärt medium av material som används för att fokusera ljus eller andra elektromagnetiska vågor, till exempel röntgenstrålar, med hjälp av diffraktionsprinciper. De kallas ofta Fresnel-zonplattor och är relaterade till fresnellinsen, som båda är uppkallad efter en fransk ingenjör från 1800-talet, Augustin-Jean Fresnel, som studerade optiken. Diffraktionsgallereffekter med en zonplatta eller fresnellins har applikationer inom fotografering, mikroskopi och gammastråleholografi, liksom för potentiella rymdbaserade antennsystem.
Zonplattor använder diffraktionsprincipen för att böja en våg av ljus eller annan energi, såsom ljud- eller kvantnivåmaterialvågor av fria neutroner och heliumatomer, genom att böja deras infallsvinkel när de påverkar transparenta och ogenomskinliga medier. Detta skapar en nivå av konstruktiv interferens med ljusvågorna där de kommer att fokusera bortom zonplattan, vilket kan öka upplösningen för vissa aspekter av ljus- eller energivågen. För att bearbeta all den elektromagnetiska strålningen som påverkar en yta på detta sätt består en zonplatta av koncentriska cirklar som växlar mellan reflekterande eller ogenomskinliga kvaliteter och transparenta eller ljusa egenskaper, vilket ger det utseendet som en tjuröga.
En speciell typ av zonplatta där de mörka och ljusa ringarna bleknar in i varandra kommer att skapa en enda fokuspunkt, som har använts med gammastrålar inom området för medicinsk bildholografi. Idén undersöks för avbildning av regioner kring spårisotoper införda i kroppen inom kärnmedicin. När den radioaktiva källan lyser upp en zonplatta, kastar plattan en skugga som kan spelas in på fotografisk film i en mindre storlek än den verkliga källan. Denna bild återspeglar exakt interferensmönstret som skapats av zonplattan i tre dimensioner, och den fotograferade bilden kan senare belysas med vanligt ljus för att rekonstruera bilden och undersöka strukturen runt isotoperna i detalj.
Röntgenmikroskopi är en av de primära forskningsarenorna för användning av diffraktionsgitteranordningar såsom zonplattor. Detta beror på att traditionella linsmaterial som glas kommer att reflektera röntgenstrålar eller bara svagt diffrahera dem istället för att fokusera dem, på grund av deras lilla våglängdsstorlek, och zonplattor måste konstrueras i en nanometerskala för att uppnå den önskade fokuseringseffekten. Typiskt har en röntgenzonplatta en cirkulär diameter på cirka 4 mm och zontjocklekar mellan 50 och 300 nanometer. Sådana zonplattlinser kan fokusera röntgenstrålar ner till en upplösning så fin som 10 nanometer eller 10 miljarder meter av en meter. Som jämförelse är en typisk vattenmolekyl, eller H20, ungefär 1 nanometer i diameter. Detta gör det möjligt att studera biologiska material, kristaller och andra strukturer på atomnivå med en fin grad av optisk upplösning.
Använda zonplattor tillverkade av 1 millimeter tjock volfram för att fånga högenergi röntgenstrålar med energinivåer upp till 250 000 elektron volt (250 keV) i rymdbaserade antennsystem har forskats från 1968 till 2003. Detta går utöver förmågan hos konventionella linsmaterial, som inte kan fånga fotoner över 10 keV. Tvåzonsplattor användes i tandem i ett experiment, med en diameter av 2,4 centimeter innehållande 144 koncentriska zoner, placerade 30 centimeter från varandra i teleskopet. De demonstrerade en upplösning på cirka 30 bågsekunder, utan arago-plats i skugggjutningsprocessen för röntgenstrålarna. En arago-fläck, eller Poisson-plats, är en typisk energipunkt som visas i skuggmitten av ett Fresneldiffraktionsmönster där konstruktiva störningar inträffar mellan energvåglängder. Zonplåtreflektorantenner för rymdskepp ses som ett teknologiskt steg framåt från traditionell parabolantenn, med mycket lägre kostnad och vikt, med höga vinstförmåga egenskaper och effektivitet för att fånga upp till 95% av strålningen.