Eine Zonenplatte ist ein flaches, kreisförmiges Materialmedium, das zum Fokussieren von Licht oder anderen elektromagnetischen Wellen, wie beispielsweise Röntgenstrahlen, unter Verwendung von Beugungsprinzipien verwendet wird. Sie werden oft als Fresnel-Zonenplatten bezeichnet und sind mit der Fresnel-Linse verwandt, die beide nach dem französischen Ingenieur Augustin-Jean Fresnel aus dem 19. Beugungsgittereffekte mit einer Zonenplatte oder Fresnel-Linse haben Anwendungen in der Fotografie, Mikroskopie und Gammastrahlen-Holographie sowie für potenzielle weltraumgestützte Antennensysteme.
Zonenplatten verwenden das Beugungsprinzip, um eine Lichtwelle oder andere Energie, wie beispielsweise Schall- oder Materiewellen auf Quantenebene von freien Neutronen und Heliumatomen, durch Biegen ihres Einfallswinkels beim Auftreffen auf transparente und undurchsichtige Medien zu biegen. Dies erzeugt ein Maß an konstruktiver Interferenz mit den Lichtwellen, wo sie sich jenseits der Zonenplatte fokussieren, was die Auflösung für bestimmte Aspekte der Licht- oder Energiewelle erhöhen kann. Um die gesamte auf eine Oberfläche auftreffende elektromagnetische Strahlung auf diese Weise zu verarbeiten, besteht eine Zonenplatte aus konzentrischen Kreisen, die zwischen reflektierenden oder opaken Eigenschaften und transparenten oder hellen Eigenschaften wechseln, was ihr das Aussehen eines Bullauges verleiht.
Eine spezielle Art von Zonenplatte, bei der die dunklen und hellen Ringe ineinander übergehen, erzeugt einen einzigen Brennpunkt, der bei Gammastrahlen im Bereich der medizinischen Bildgebungsholographie verwendet wird. Geforscht wird die Idee für die Abbildung von Regionen um in den Körper eingebrachte Tracer-Isotope in der Nuklearmedizin. Wenn die radioaktive Quelle eine Zonenplatte beleuchtet, wirft die Platte einen Schatten, der auf einem fotografischen Film in einer kleineren Größe als die tatsächliche Quelle aufgezeichnet werden kann. Dieses Bild spiegelt das von der Zonenplatte erzeugte Interferenzmuster in drei Dimensionen genau wieder, und das fotografierte Bild kann später mit gewöhnlichem Licht beleuchtet werden, um das Bild zu rekonstruieren und die Struktur um die Isotope im Detail zu untersuchen.
Die Röntgenmikroskopie ist eine der wichtigsten Forschungsarenen für den Einsatz von Beugungsgittervorrichtungen wie Zonenplatten. Dies liegt daran, dass herkömmliche Linsenmaterialien wie Glas aufgrund ihrer geringen Wellenlängengröße Röntgenstrahlen reflektieren oder nur schwach brechen, anstatt sie zu fokussieren, und Zonenplatten müssen im Nanometerbereich konstruiert werden, um den gewünschten Fokussierungseffekt zu erzielen. Typischerweise hat eine Röntgenzonenplatte einen kreisförmigen Durchmesser von etwa 4 mm und Zonendicken zwischen 50 und 300 Nanometer. Solche Zonenplattenlinsen können Röntgenstrahlen bis hinab zu einer Auflösung von 10 Nanometern oder 10 Milliardstel Meter fokussieren. Im Vergleich dazu hat ein typisches Wassermolekül oder H2O einen Durchmesser von etwa 1 Nanometer. Dadurch ist es möglich, biologische Materialien, Kristalle und andere Strukturen auf atomarer Ebene mit feiner optischer Auflösung zu untersuchen.
Der Einsatz von Zonenplatten aus 1 Millimeter dickem Wolfram zur Erfassung hochenergetischer Röntgenstrahlen mit Energieniveaus von bis zu 250,000 Elektronenvolt (250 keV) in weltraumgestützten Antennensystemen wurde von 1968 bis 2003 erforscht die Fähigkeit herkömmlicher Linsenmaterialien, die Photonen über 10 keV nicht einfangen können. In einem Experiment wurden Zwei-Zonen-Platten mit einem Durchmesser von 2.4 Zentimetern mit 144 konzentrischen Zonen im Abstand von 30 Zentimetern im Teleskop verwendet. Sie zeigten eine Auflösung von etwa 30 Bogensekunden ohne Arago-Spot im Schattenwurfprozess für die Röntgenstrahlen. Ein Arago-Spot oder Poisson-Spot ist ein typischer Energiepunkt, der im Schattenzentrum eines Fresnel-Beugungsmusters erscheint, wo konstruktive Interferenz zwischen Energiewellenlängen auftritt. Zonenplattenreflektorantennen für Raumfahrzeuge werden als technologischer Fortschritt gegenüber herkömmlichen Parabolantennen angesehen, da sie viel kostengünstiger und gewichtssparender sind, mit hohen Leistungsmerkmalen und Wirkungsgraden zum Einfangen von bis zu 95 % der einfallenden Strahlung.