lämpötilavääristymät

Lämpötilavääristymät ovat ei-toivottuja muodon, koon tai optisen polun muutoksia, jotka syntyvät, kun lämpötilat muuttuvat tai lämpöjakautuma on epätasainen kappaleessa tai järjestelmässä. Ne voivat vaikuttaa sekä mekaanisiin että optisiin ominaisuuksiin ja johtaa virheisiin, huonompaan mittatarkkuuteen tai heikentyneeseen suorituskykyyn erilaisissa sovelluksissa.

Taustalla ovat materiaalien lämpölaajenemiskertoimen (CTE) erot sekä lämpötilagradientit: kun osat laajenevat tai supistuvat eri tahtia, syntyy taivutusta, jännityksiä ja muodonmuutoksia. Optisissa järjestelmissä lisäksi lämpötilan muutos vaikuttaa kiinteän aineen refraktiivisuuteen ja muuttaa optista polkua (thermo-optinen vaikutus).

Vaikutukset voivat ilmetä defokuksesta, erilaisista aberraatioista ja heikentyneestä kuvanlaadusta optisissa laitteissa, sekä rakenteellisena muodonmuutoksena, mikä voi siirtää kalibrointia ja heikentää mittaustarkkuutta. Esimerkkejä ovat suurten teleskooppien ja muiden tarkkuusjärjestelmien sekä litografia- ja mittauslaitteistojen lämpötilavääristymät.

Esimerkkejä sovelluksista: teleskoopit, kameroiden optiset järjestelmät, lithografia- ja puolijohdelaitteet sekä mittauslaitteistot, joissa tarkka geometria ja optinen polku ovat kriittisiä.

Vähentäminen ja hallinta tapahtuu sekä suunnitteluvaiheessa että käytössä. Lämpötilanhallinta, kuten aktiivinen jäähdytys tai ympäristön lämpötilan stabilointi, sekä symmetriset lämmitys- ja jäähdytysratkaisut auttavat. Materiaalivalinnoissa käytetään matalalla lämpölaajenemiskertoimella varustettuja aineita, kuten Zerodur, Ultra-Low Expansion (ULE) ja fused silica. Athermalisointi- ja kompensaatiostrategiat sekä kalibrointi- ja mallinnusmenetelmät voivat korjata tai minimoida vääistymiä.