Zonaviy plastinkalar

Zona plastinkasi — bu yorugʻlik yoki toʻlqin xarakterini koʻrsatadigan boshqa narsalarni fokuslash uchun ishlatiladigan qurilma. Linzalar yoki kavisli nometalllardan farqli oʻlaroq, zona plastinkalari sinishi yoki aks ettirish oʻrniga difraksiyondan foydalanadi. Fransuz fizigi Augustin-Jean Fresnel tahliliga asoslanib, ular baʼzan uning sharafiga Fresnel zonasi plastinkalari deb ataladi. Zona plastinkasining fokuslash qobiliyati noaniq diskdan diffraktsiya natijasida kelib chiqqan Arago nuqta fenomenining kengaytmasidir.

Zona plastinkasi shaffof va shaffof boʻlish oʻrtasida almashinadigan Fresnel zonalari deb nomlanuvchi konsentrik halqalar toʻplamidan iborat. Zona plastinkasiga tushgan yorugʻlik shaffof boʻlmagan zonalar atrofida tarqaladi. Zonalar bir-biridan ajratilishi mumkin, shunda difraksiyalangan yorugʻlik konstruktiv ravishda kerakli fokusga aralashib, u yerda tasvirni yaratadi.

Formulasi va ishlab chiqarish

Fokusda konstruktiv shovqinni olish uchun zonalar radiuslarda shaffofdan shaffofga oʻtishi kerak, bu yerda

$r_{n}={\sqrt {n\lambda f+{\frac {1}{4}}n^{2}\lambda ^{2}}}$

Bu yerda n — butun son, l — zona plastinkasi diqqat qilish uchun moʻljallangan yorugʻlikning toʻlqin uzunligi va f — zona plastinkasining markazidan fokusgacha boʻlgan masofa. Zona plastinkasi fokus uzunligiga nisbatan kichik boʻlsa, buni quyidagicha taxmin qilish mumkin

$r_{n}\simeq {\sqrt {n\lambda f}}$

Koʻp zonali plastinkalar uchun siz faqat eng tashqi zonaning radiusi r_N va uning kengligi Δr_N ni bilsangiz, fokusgacha boʻlgan masofani hisoblashingiz mumkin:

$f={\frac {2r_{N}\Delta r_{N}}{\lambda }}$

Uzoq fokus uzunligi chegarasida har bir zonaning maydoni tengdir, chunki zonalarning kengligi markazdan uzoqroqda kamayishi kerak. Zona plastinkasining maksimal ruxsati zonaning eng kichik kengligiga bogʻliq.

${\frac {\Delta l}{\Delta r_{N}}}\approx 1.22$

Shu sababli, siz tasvirlashingiz mumkin boʻlgan eng kichik oʻlchamdagi ob’ekt, D l, sizning zonalaringizni qanchalik kichik qilib ishonchli qilib qoʻyishingiz bilan chegaralanadi.

Zona plastinkalari tez-tez litografi yordamida ishlab chiqariladi. Litografiya texnologiyasi yaxshilangani va ishlab chiqarilishi mumkin boʻlgan xususiyatlarning hajmi kamayganligi sababli, ushbu texnikada ishlab chiqarilgan zona plastinkalarining mumkin boʻlgan oʻlchamlari yaxshilanishi mumkin.

Uzluksiz zona plastinkalari

Oddiy linzalardan farqli oʻlaroq, ikkilik zona plastinkasi gʻalati fraktsiyalarda (f /3, f /5, f /7 va boshqalar) plastinka oʻqi boʻylab maksimal intensivlik hosil qiladi.). Garchi ular asosiy fokusga qaraganda kamroq energiyani (nuqtani hisoblash) oʻz ichiga olsa ham (u kengroq boʻlgani uchun), ular bir xil maksimal intensivlikka ega (hisob/m²).

Biroq, agar zona plastinkasi shaffoflik asta-sekin, sinusoidal tarzda oʻzgarib turadigan tarzda tuzilgan boʻlsa, natijada paydo boʻlgan diffraktsiya faqat bitta fokus nuqtasi hosil boʻlishiga olib keladi. Ushbu turdagi zona plastinkasi namunasi konverging linzalarining transmissiya gologrammasiga ekvivalentdir.

Silliq zona plastinkasi uchun nuqtadagi shaffoflik (yoki shaffoflik) quyidagicha berilishi mumkin:

${\frac {1\pm \cos \left(kr^{2}\right)}{2}}\,$

bu yerda $r$ plastinka markazidan masofa, va $k$ plastinka masshtabini aniqlaydi.

Ikkilik zonali plastinkalar deyarli bir xil formuladan foydalanadi, ammo ular faqat belgiga bogʻliq:

${\frac {1\pm \cos \left(kr^{2}\right)}{2}}\,$

Parametrlar

Konstruktiv aralashuv uchun mutlaq faza nima ekanligi muhim emas, faqat har bir halqadan bir xil boʻlishi kerak. Shunday qilib, barcha yoʻllarga ixtiyoriy uzunlik qoʻshilishi mumkin

$r_{n}={\sqrt {(n+\alpha )\lambda f+{\frac {1}{4}}(n+\alpha )^{2}\lambda ^{2}}}$

Ushbu mos yozuvlar bosqichi yon loblar kabi ikkilamchi xususiyatlarni optimallashtirish uchun tanlanishi mumkin.

Ilovalar

Fizika

Elektromagnit spektrning koʻrinadigan maydonidan tashqarida yorugʻlikning koʻplab toʻlqin uzunliklari mavjud, bu yerda shisha kabi anʼanaviy linzalar shaffof emas, shuning uchun linzalarni ishlab chiqarish qiyinroq. Xuddi shunday, koʻplab toʻlqin uzunliklari mavjud boʻlib, ular uchun sinishi indeksi birdan sezilarli darajada katta boʻlgan materiallar mavjud emas. Masalan, rentgen nurlari shisha yoki boshqa materiallar tomonidan zaif tarzda sinadi va shuning uchun diqqatni jamlash uchun boshqa texnikani talab qiladi. Zona plastinkalari spektrning har bir hududi uchun shaffof, sindiruvchi, ishlab chiqarish oson boʻlgan materiallarni topish zaruratini yoʻq qiladi. Xuddi shu zona plastinkasi koʻp toʻlqin uzunlikdagi yorugʻlikni turli xil fokuslarga qaratadi, yaʼni ular qiziqish yorugʻligini qaratib, kiruvchi toʻlqin uzunliklarini filtrlash uchun ham ishlatilishi mumkin.

Ovoz toʻlqinlari kabi boshqa toʻlqinlar va kvant mexanikasi tufayli materiya toʻlqinlari xuddi shu tarzda yoʻnaltirilishi mumkin. Toʻlqin plastinkalari neytronlar va geliy atomlarining nurlarini fokuslash uchun ishlatilgan.

Fotosurat

Zona plastinkasi optikasi bilan olingan tasvirga misol.

Zona plastinkalari fotografiyada yorqin, yumshoq fokusli tasvir uchun linza yoki teshik oʻrniga ham qoʻllanadi. Teshiklarning afzalliklaridan biri (zona plastinkalari bilan erishilgan noyob, loyqa koʻrinishdan tashqari) shaffof maydonning taqqoslanadigan teshikdan kattaroqdir. Natijada, zona plastinkasining samarali f-raqami mos keladigan teshikka qaraganda pastroq va taʼsir qilish vaqtini kamaytirish mumkin. Teshikli kamera uchun umumiy f raqamlari f dan f yoki undan yuqori, zona plastinkalari koʻpincha f va undan pastroq. Bu yangi DSLR kameralarda mavjud boʻlgan yuqori ISO sozlamalarida qoʻlda suratga olish imkonini beradi.

Qurolli nishonlar

Zona plastinkalari qimmatroq optik nishonlarga yoki maqsadli lazerlarga arzon alternativa sifatida taklif qilingan.

Linzalar

Qoʻllaniladigan panjara turi tabiatda sinusoidal boʻlsa, zona plastinkalari bitta fokusli tasvir linzalari sifatida ishlatilishi mumkin.

Refleksiya

Reflektor sifatida ishlatiladigan zona plastinkasi radio toʻlqinlarini xuddi parabolik reflektor kabi yoʻnaltirishga imkon beradi. Bu reflektorning tekis boʻlishiga imkon beradi va buni qilish osonroq. Bu, shuningdek, mos ravishda naqshli Fresnel reflektorini binoning yon tomoniga oʻrnatishga imkon beradi, bu esa paraboloidning shamol yuklanishini oldini oladi.

Dasturiy taʼminot sinovi

Zona plastinkasi tasvirining bitmap tasviri tasvirni qayta ishlashning turli algoritmlarini sinab koʻrish uchun ishlatilishi mumkin, masalan:

Tasvirni interpolyatsiya qilish va tasvirni qayta namuna olish;
Rasmni filtrlash.

Ochiq manbali zonali plastinka tasvir generatori mavjud.

Manbalar

G. W. Webb, I. V. Minin and O. V. Minin, „Variable Reference Phase in Diffractive Antennas“, IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 53, no. 2, April. 2011, pp. 77-94.
Wood, Robert Williams (1911), Physical Optics, New York: The MacMillan Company, pp. 37-39
„Zone Plates“. X-Ray Data Booklet. Center for X-ray Optics and Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory. Retrieved 13 January 2015.
Joseph W. Goodman (2005). Introduction to Fourier Optics (3rd ed.). p. 125. ISBN 0-9747077-2-4.
New INL gunsight technology should improve accuracy for target shooters, hunters, soldiers, Mike Wall, Idaho National Laboratory, 5 May 2010.

Havolalar

Magnit yumshoq rentgen mikroskopiyasi
Fotografik zona plastinkasini yasash
Whiz Kid Technomagic Zone Plate Designer (Wayback Machine saytida 2023-04-08 sanasida arxivlangan)
Zona plastinkasi fotosuratlariga misollar
„Teleskop yorug'likni oyna va linzalarsiz fokuslay oladi=New Scientist“ (2008-yil 1-may).
Arndt Last „X-ray zone plates“. Qaraldi: 2019-yil 21-noyabr.