什么是菲涅尔区板（Fresnel zone plate）
发布时间：2023-03-16 08:00:00 阅读数： 1737
菲涅尔区板是一种衍射元件，由多个同心环组成，在透明和不透明的区域之间交替使用，用于聚焦光或其他波状物体。它们最初由一位名叫奥古斯丁-让-菲涅尔的法国科学家在19世纪描述，因此被称为 "菲涅尔区板"。区板在摄影中被用作具有单一焦点的成像镜头，而不是透镜或针孔，以创造耀眼的软焦点图像。
区板使用的不是折射或反射，而是衍射。区板是由一些径向对称的同心环组成的，称为菲涅尔区，在不透明和透明状态之间交替出现。区板是圆形的衍射光栅，其线密度在径向上不断增加。当透明环通过偶数菲涅尔区时，不透明环阻挡了奇数环。或者，不透明的环挡住了偶数区，而透明环则流经奇数区。撞击区板的光线将在不透明区周围衍射，并作为聚焦透镜发挥作用。为了在适当的焦点上形成图像，可以将各区间隔开来，使衍射的光线在那里产生建设性的干涉。图1表示一个菲涅尔区板。
图1：菲涅尔区板
让P是屏幕上的一个点，放置在有最亮的衍射光强度的距离（光束被带入焦点的地方）。根据光穿过区板的位置，到达P点的光的相位是不同的?；返难≡袷俏嗽赑处，所有通过透明环的光的相位都在一定的π范围内。 这表明，通过透明区并到达P处的光都不会被抵消。尽管穿过一个区域的内边缘和外边缘的光在到达P时将是反相的，但这将是光的一个非常小的组成部分。据此，从区的内部和外部边界到P的光有半波长的路径差异。
菲涅尔区板的计算
对于一个完全准直的光束，菲涅尔数是这样的
当Z>A时，给出
其中A是光束的径向尺寸
Z是光束到观察点的距离。
菲涅尔数随着Z的增加而减少。
当菲涅尔数很低时，大约小于1，观察点的光束与入射光束相比，被认为是在 "远场"。而如果它大于1，在观察点的光束就被称为与入射光束相比处于 "近场"。
对于非准直光束，如果观察点离焦点更近，会聚光束将有一个极低的菲涅尔数。由于没有任何观察到的相位达到π的区域，一个完全球形的光束来到焦点时，其菲涅尔数为零。菲涅尔数随着观察点远离焦点区域而增加。
菲涅尔区板的应用
菲涅尔区板被用于摄影，而不是透镜或针孔。它已被提议作为枪支或瞄准激光的廉价替代品。区板被用作成像镜头、反射器和激光聚焦元件，有多种应用，如微加工、材料加工和科学实验。
菲涅尔区板经常被用于荧光显微镜，对小的生物结构进行高分辨率成像。它们还被用于X射线成像，以产生物体的高分辨率图像，这对研究材料的内部结构或医学成像应用非常有用。
菲涅尔区板在光学实验中用于研究和观察光产生的干涉模式。这也可用于聚焦太阳光以收集太阳能，可用于提高太阳能板的效率。
