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法國物理學家的傑作：Fresnel區域板是如何運作的？
Fresnel區域板是一種利用繞射原理來聚焦光波或任何其他波動特徵的裝置。與傳統透鏡和曲面鏡不同，Fresnel區域板專注於光的繞射，而非折射或反射。這項創新技術的核心概念源自法國物理學家奧古斯丁·讓·佛農（Augustin-Jean Fresnel）的分析，因此有時也稱為Fresnel區域板。
Fresnel區域板的聚焦能力探索了由不透明圓盤造成的阿拉戈斑點現象。
Fresnel區域板由一組同心環組成，這些環又稱為Fresnel區域，交替呈現不透明和透明的特性。當光線撞擊這個區域板時，它會繞過不透明的區域。這些環的間距可以設計得恰到好處，使得繞射的光在所需的焦點上進行建設性干涉，從而形成清晰的影像。
設計與製作
在設計和製作Fresnel區域板時，為了在焦點處獲得建設性干涉，這些環必須在特定的半徑位置從不透明切換為透明。這可以根據下述公式進行計算：
rn = √((nλf) + 1/4 * n2λ2)
其中，n為整數，λ為光波長，f為從區域板中心到焦點的距離。對於小型區域板，這個公式可以簡化為
rn ≈ √(nλf)。
對於具有多個區域的板，焦距的計算則更為簡單，透過外圓區域半徑rN和其寬度ΔrN就可得出焦距f：
f = (2rNΔrN) / λ
隨著製作技術的提升，Fresnel區域板的解析度也隨之增強，一個有效的製作方法就是使用光刻技術。
區域板的應用
Fresnel區域板的應用範圍相當廣泛，特別是在無法使用傳統透鏡材料的情況下，尤其是對於X射線這類波長。Fresnel區域板能夠專注各種波長的光線，同時過濾掉不需要的波長，這使其在科學研究尤其在物理學領域中倍受青睞。
Fresnel區域板是針對多種波長的光進行聚焦，無需尋找透明且折射率不同的材料。
在攝影中的使用
在攝影中，Fresnel區域板可作為透鏡或小孔的替代品，以產生獨特的柔焦影像。與小孔相比，區域板的透明面積是更大的，這使得其有效光圈比小孔更小，從而能夠縮短曝光時間。
這使得在較高ISO設定下的手持拍攝變得更加可行，尤其在現代單反數位相機中，更顯其便利性。
其他應用
除了攝影，Fresnel區域板還有其他潛在的應用，如在瞄準器中作為經濟實惠的替代品，或者在某些特殊的像差結構下作為成像透鏡等。Fresnel區域板的反射特性也被用於無線電波的聚焦，顯示其廣泛的實用性。
在圖像處理領域，Fresnel區域板的位圖表示可用於測試各種圖像處理算法，這顯示了其在軟體測試中的潛在價值。
隨著科技的進步，Fresnel區域板的可能性似乎仍然在不斷擴展，你是否也在思考這項技術還能被應用在哪些範疇呢？
