Die VQ150 ist eine Infrarot-Laserdiode, die in Datenübertragungsstrecken mit Lichtwellenleitern eingesetzt werden kann. Hersteller ist das Werk für Fernsehelektronik Berlin. Experten vermuten allerdings, dass im Werk für Fernsehelektronik nur die Endfertigung stattfand und die Produktion der Laserdioden selbst im ZIE (Zentralinstitut für Elektronenphysik) erfolgte.
Die VQ150 wurde 1987 auf der Leipziger Frühjahrsmesse vorgestellt, war aber anscheinend lange nicht bestellbar. Das Modell auf dem obigen Bild trägt das Datum 13.05.1991. Passend dazu hat sich der ehemalig Volkseigene Betrieb schon in eine GmbH gewandelt.
Die Wellenlänge der VQ150 liegt zwischen 820nm und 860nm, mit einer Bandbreite von 1nm bis 4nm. Bei 190mA gibt die Laserdiode eine Leistung von 2mW ab, kurzzeitig sind 3mW möglich, teilweise wurden sogar 5mW spezifiziert. Der Schwellstrom, bei dem der Lasereffekt einsetzt, liegt zwischen 60mA und 120mA. Die Schaltzeiten werden mit maximal 1ns angegeben. Typisch für Laserdioden ist die geringe zulässige Sperrspannung von nur 1V. Auch gegenüber elektrostatischen Entladungen sind Laserdioden sehr empfindlich.
Die Zeitschrift "Nachrichtentechnik Elektronik" (Heft 5, 1989) enthält einen Artikel über die VQ150. Darin ist eine mögliche Applikation die LWL-Sendebaugruppe des Systems DÜS-LL-34. Über das DÜS-LL-34 lassen sich 480 Telefonverbindungen gleichzeitig übertragen. Mit 11 Zwischenverstärkern sind Übertragungsstrecken bis zu 120km möglich. Die Datenraten beträgt hier 34MBit/s. Theoretisch sollten mit der VQ150 bis zu 167MBit/s erreichbar sein.
Im Weiteren wird eine andere VQ150 als in der obigen Originalverpackung analysiert. Bei diesem Modell ist die Bezeichnung nicht in das Gehäuse eingearbeitet, sondern in schwarz aufgedruckt.
Der Fachbereichstandard TGL42942, der die Eigenschaften der VQ150 beschreibt, enthält unter anderem obige Zeichnung. Eine Photodiode überwacht die Lichtleistung der Laserdiode. Ein Peltier-Element hält die Laserdiode auf optimaler Temperatur. Mit einem Thermistor lässt sich ein Regelkreis aufbauen. Temperaturschwankungen würden sowohl die Wellenlänge als auch den Wirkungsgrad der Laserdiode beeinflussen und damit den Betrieb stören.
Die oben bereits erwähnte Zeitschrift "Nachrichtentechnik Elektronik" enthält ein Schaltbild, das zeigt, wie eine Schaltung um die VQ150 aussehen kann.
Im oberen Bereich befindet sich die Temperaturregelung, die nach rechts mit einem Komparator überwacht wird. Der Strom durch die Laserdiode setzt sich aus zwei Teilen zusammen. Die Schaltung im unteren Bereich sorgt für einen gewissen Sockelstrom, der immer durch die Laserdiode fließt. Das digitale Signal durchläuft links einen Differenzverstärker und sorgt dann für eine Erhöhung des Stroms durch die Laserdiode und damit für einen Laserimpuls. Fällt das Eingangssignal aus, dass verhältnismäßig gleichverteilt ist, dann sorgt eine Schaltung dafür, dass auch der Leerlaufstrom abgeschaltet wird. Das verhindert, dass die Laserdiode unnötig altert. Ein weiterer Komparator aktiviert beim Ausfall der Leerlaufstrahlung den Alarmausgang.
Die VQ150 ist mit einem Stück Lichtwellenleiter ausgestattet, der in einem Stecker endet.
Die Zeichen, die auf den Schrumpfschlauch des LWL-Steckers aufgedruckt sind, gehören anscheinend zur Bezeichnung des LWL-Kabels. Laut dem Fachbereichstandard für die VQ150 lautet die volle Bezeichnung des LWL-Kabels "LWL-VK NRÜ 131 EBS-GO 3006 4112".
W9 steht vermutlich für eine Fertigung im September 1988.
Die VQ150 besitzt ein vergoldetes Gehäuse. Seitlich ist die Zahl 3524 eingeprägt, laut Fachbereichstandard eine fortlaufende Nummer.
Der Deckel und die Hülse des Lichtwellenleiters sind mit dem Gehäuse verschweißt. Die Schweißnaht der Hülse wurde allerdings nicht ganz zu Ende geführt.
Die Hülse besitzt auf der Oberseite zwei Löcher, die mit Sicherheit genutzt wurden, um den Lichtwellenleiter zu fixieren und das System abzudichten.
Beim Öffnen des Gehäuses löst sich eine goldene Schicht von der Oberfläche, die auf der Rückseite silber erscheint. Interessant ist, dass das Gehäuse darunter auch wieder goldfarben ist.
Die Verdrahtung zeigt, dass die Fertigung mit viel Handarbeit verbunden war.
Im Industriesalon Schöneweide (https://www.industriesalon.de) zeigt eine Schautafel die Fertigungsschritte bei der Produktion einer VQ150. Die einzelnen Elemente lassen sich im vorliegenden Modul gut identifizieren.
Auch wenn es auf den ersten Blick nicht so scheint, ist der Aufbau recht übersichtlich. Der Lichtwellenleiter wird von rechts durch eine Hülse in das Gehäuse geführt. Wo der Lichtwellenleiter endet, befindet sich die Laserdiode. Dahinter ist die Photodiode angeordnet. Ganz links sorgt das Peltier-Element für eine konstante Temperatur. Rechts der Laserdiode befindet sich der zugehörige Thermistor.
Im Gehäuse finden sich einige Lotspritzer.
Der Lichtwellenleiter wird durch eine Hülse ins Gehäuse geführt. Ein Nickelröhrchen schützt die Glasfaser.
Die optischen Elemente sind auf einem Modul fixiert, das auf der WF-Schautafel als "Aufnahme" bezeichnet wird. Die Aufnahme trägt die Photodiode und besitzt eine Einkerbung, in die das Röhrchen mit der Glasfaser eingelegt und verlötet wird.
In einem Zwischenraum zwischen Photodiode und Glasfaser wird der sogenannte "Träger" eingeschoben, auf dem sich die Laserdiode befindet. Der Träger scheint verklebt worden zu sein. Wahrscheinlich hat man dabei den Laser passend zur Glasfaser ausgerichtet.
Auf dem Träger befinden sich neben dem WF-Logo die Zahlen 03377. Vermutlich dient die Zahlenfolge der Rückverfolgbarkeit des Lasermoduls.
Die bereits erwähnte Zeitschrift "Nachrichtentechnik Elektronik" enthält ein Schnittbild der VQ150, auf dem man gut erkennen kann, dass die sogenannte Aufnahme das Gehäuse nicht berührt. Außerdem erhält man einen Eindruck von der Einführung der Glasfaser.
Da das Laserlicht auf beiden Seiten aus der Laserdiode austritt, kann man die Photodiode gegenüber dem Lichtwellenleiter anordnen und so die aktuell abgestrahlte Lichtleistung bestimmen.
Bezogen auf die Laserdiode ist die Photodiode sowohl um die vertikale als auch um horizontale Achse leicht verdreht. Diese Maßnahme stellt sicher, dass von der Photodiode reflektiertes Licht nicht die Laserdiode oder den Lichtwellenleiter trifft und dort Störungen erzeugt.
Die Laserdiode ist auf einem Träger platziert, der dem Schaubild nach aus Silizium besteht. Während die Laserdiode laut Datenblatt auf GaAs basiert, spezifiziert das Schaubild AlGaAs als Basismaterial. Üblicherweise werden Laserdiode mit beiden Materialien hergestellt. Man nutzt dabei die unterschiedlichen Bandlücken, um die für einen Laser notwendigen Strukturen aufzubauen.
Die Abmessungen der Laserdiode betragen 0,40mm x 0,20mm. Der Strom fließt von unten nach oben durch den Halbleiter. Es handelt sich um einen klassischen Kantenemitter, bei dem das Laserlicht über die Seitenflächen abgestrahlt wird. Diese Seitenflächen sind entsprechend glatt.
Die oberen Kanten an den kurzen Seiten des Dies sind abgeschrägt. Die Bondflächen enthalten Einkerbungen. Es scheint dasselbe Bauteil zum Einsatz gekommen zu sein wie in der IR-LED VQ130. Das spricht für die Theorie, dass Laserdioden, deren Qualität nicht ausreichend war, als normale IR-LEDs eingesetzt wurden.
Der Durchmesser der Glasfaser lässt sich mit ungefähr 0,13mm bestimmen. Während in der IR-LED VQ130 am Ende der Glasfaser eine Art Kugel aufgesetzt wurde, hat man sie in der VQ150 spitz auslaufen lassen. Wobei das Ende dennoch abgerundet ist. Wie bei der VQ130 scheint auch hier das letzte Stück etwas dunkler, als ob man es mit einer Art Lack behandelt hätte.
Der Abstand zwischen der Laserdiode und der Glasfaser beträgt nur 10µm.
Die Photodiode befindet sich auf einem Keramikträger auf der sogenannten Aufnahme. Das obere Potential wird mit zwei Bonddrähten zugeführt.
Das Peltier-Element verbindet die "Aufnahme" mit dem Bereich des Gehäuses, der an einen Kühlkörper angeschraubt werden muss. So kann die anfallende Wärme möglichst effizient abgeleitet werden. Da die Aufnahme ansonsten das Gehäuse nicht berührt, ist sie thermisch verhältnismäßig gut isoliert. Das Datenblatt spezifiziert als Maximalwerte für das Peltier-Element 4V und 0,75A.
Das Peltier-Element zeigt den typischen Aufbau. Zwischen zwei weißen Keramikplatten befinden sich unterschiedlich dotierte Halbleiterquader. Abhängig von der Dotierung lässt man den Strom von der einen oder von der anderen Richtung durch die Quader fließen. Die unterschiedlichen Energieniveaus zwischen dem Halbleiter und dem kontaktierenden Metall führen zu einer Wärmeabgabe auf der einen Seite und einer Wärmeaufnahme, also Kühlung, auf der anderen Seite.
Der rote Thermistor ist gegenüber des Peltier-Elements in eine große Ausbuchtung der Aufnahme eingeklebt.
