定义
基于衍射聚焦光（或其他电磁辐射）的光学装置。
区域板是一种可用于聚焦光的光学设备。 与透镜相比，它基于衍射而不是折射。 它通常是平坦的（因此可以被认为是平坦光学器件的一个例子），并表现出径向变化的透射率：
- 生产最简单（因此最常用的）区域板是二进制区域板，其中每个位置的透射率只能为0（完全不透明）或某个恒定值 - 可能是1（完全透明）。 例如，可以使用平版印刷技术在玻璃表面上使用反射金属膜，该反射金属膜在合适的位置蚀刻掉。
- 还有一些具有逐渐变化透射率的区域板（连续区域板）——特别是正弦区域板。
区域板也可用于反射而不是透射，例如，当它们通过反射金属膜实现时。
区域板有时被称为菲涅耳区板（FZP），强调了奥古斯丁-让·菲涅耳的重要贡献[1]。 另一个术语是衍射透镜；区域板在某种程度上可以像透镜一样使用，即使它们的工作原理完全不同。
区域板可以看作是一种特殊的衍射光栅，其中没有直光栅线，而是圆形结构。
菲涅尔透镜设计示例
考虑到入射光具有平坦波前的简单情况（例如：准直高斯光束），可以非常简单地设计一个二元区域板：对于给定的焦距，可以考虑光的光学相位从区域板的径向位置r到达预期的光束焦点。 例如，如果光相变（模2π）介于 0 和π 之间，则选择全透射，否则为零透射。 从本质上讲，人们会阻挡所有具有“错误”相位值的光组件，从而降低总光学强度。 也可以使用不同范围的相位值，例如从−π/2到+π/2。 为了获得良好的性能，输入光束轮廓应覆盖大量环。
区域板设计也可以根据其他聚焦条件进行调整，例如入射发散光束。
图1显示了设计用于100 mm焦距的区域板的结构，光学波长为632.8 nm（用于氦氖激光器的光）。
图1：菲涅耳带板的结构。
图2显示了当高斯输入光束（w0= 0.5 毫米）使用。 人们在中间看到预期的光束焦点（对于z=f），此外，在z=f/ 3，z=f/ 5，z=f/ 7等处还有强度最大值。 在二元区板中观察到该特征，但在正弦区板中避免使用。
图2：用菲涅耳带板聚焦高斯光束的强度分布的演变。仿真是用RP光纤电源软件完成的。
区域板表现出强烈的色差 - 就像许多其他衍射光学元件一样。 图 3 显示了一个示例。
图3：与图2相同，但增加了20%的光学波长。光束的焦点出现在更早的位置，并且有更大的直径。
区域板的应用
对于聚焦可见光和红外光，人们通常更喜欢普通镜头，因为它们在各个方面都提供了更好的性能。 然而，它们的工作原理很难在一些极端光谱区域利用，在这些区域中，大多数材料表现出很强的吸收性。 例如，用于极端紫外线、X 射线和其他短波长同步辐射的透镜很难实现，而菲涅耳区板可能是一个很好的解决方案。 它们不仅可以用于聚焦辐射，还可以用于成像目的。
有改进的区板设计，例如Zernike区板，其中集成了Zernike相位滤波器。 这种设备用于相衬成像。
对于某些应用，人们可以从可能非常扁平的区域板设计中受益。 然而，还有其他类型的平面光学器件是用光子超表面实现的。
参考文献
[1] A. J. Fresnel, “Calcul de l'intensité de la lumière au centre de l'ombre d'un ecran et d'une ouverture circulaires eclairés par un point radieux”, in: Œuvres Complètes d'Augustin Fresnel, Imprimerie Impériale, Paris (1866)
[2] K. Miyamoto, “The phase Fresnel lens”, J. Opt. Soc. Am. 51 (1), 17 (1961), doi:10.1364/JOSA.51.000017
[3] M. Young, “Zone plates and their aberrations”, J. Opt. Soc. Am. 62 (8), 972 (1972), doi:10.1364/JOSA.62.000972
[4] J. Kirz, “Phase zone plates for x rays and the extreme uv”, J. Opt. Soc. Am. 64 (3), 301 (1974), doi:10.1364/JOSA.64.000301
