Forschung

Forschungsschwerpunkte: Festkörperlaser, ultrakurze Laserpulse, Attosekunden-Lichtpulse, Atto Uhr, Tunnelzeit von Elektronen, SESAMs (Semiconductor Saturable Absorber Mirror)

Ursula Keller ist Experimentalphysikerin. Ihr Forschungsschwerpunkt sind ultrakurze Laserpulse. Sie hat die Atto-Uhr entwickelt, mit der die bisher präzisesten Zeitmessungen in der Atomphysik gemacht wurden. Mit speziellen Geräten hat sie Leistung und Einsatzmöglichkeiten von Festkörperlasern gesteigert.

Ultrakurze Laserpulse werden in der Medizin, Kommunikationstechnologie und Materialverarbeitung angewendet. Sie kommen bei der Entwicklung von Mikrochips zum Einsatz, mit ihnen werden ultraschnelle Phänomene verfolgt, zum Beispiel biologische Prozesse im menschlichen Körper oder chemische Reaktionen. Mit Attosekunden-Lichtpulsen wird die Bewegung von Elektronen in Atomen gemessen. Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer milliardstel Sekunde ist.

Ursula Keller hat mit ihrer Gruppe die Atto-Uhr entwickelt. Sie konnte damit zum ersten Mal die Tunnelzeit von Elektronen in starken Laserfeldern messen. Der Tunneleffekt ermöglicht, dass gebundene Elektronen in Atomen durch eine Barriere hindurchgehen können, obwohl die Energie der Barriere höher ist als die Energie des Elektrons. Das Elektron „durchtunnelt“ die Barriere, obwohl kein Tunnel vorhanden ist. Bis dahin vertraten Physiker die Theorie, dass beim „Durchtunneln“ der Barriere eine Verzögerung entstehe. Ursula Keller konnte nachweisen, dass die Tunnelionisation nahezu ohne Verzögerung abläuft.

Während ihrer Zeit bei den AT&T Bell Laboratories hat Ursula Keller die SESAMs (Semiconductor Saturable Absorber Mirror) erfunden, optische Geräte, die eine sehr einfache, passive Modenkopplung von ultraschnellen Festkörperlasern ermöglichen. Dadurch wird die Leistung der Laser – Pulsbreiten, Durchschnittsleistung, Wiederholungsraten – enorm verbessert. Die Einführung des SESAM-Geräts hat neue praktische Anwendungen der Festkörperlaser mit sich gebracht, sowohl in der Medizin als auch in der Industrie, Metrologie und Kommunikationstechnik.

Ursula Keller hält 17 Patente und war die erste Physik-Professorin an der ETH Zürich.

Werdegang

• seit 2010 Direktorin des National Centre of Competence in Research für Molecular Ultrafast Science and Technology (NCCR MUST), Nationales Zentrum für Forschungskompetenzen, Schweiz
• 2007-2009 Stellv. Leiterin der Abteilung für Physik, Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich, Schweiz
• 2006 Gastprofessur an der University of California in Berkeley, USA
• 2003-2005 Leiterin des Instituts für Quantenelektronik, ETH Zürich
• 2001 Gastprofessur am Lund-Institut für Technologie an der Universität Lund, Schweden
• seit 1993 Professorin an der Physikalischen Fakultät der ETH Zürich
• 1989-1993 Member of Technical Staff (MTS) in den AT&T Bell Labs mit eigenem Forschungslabor, USA
• 1989 PhD in Angewandter Physik an der Stanford University, USA
• 1987 Master in Angewandter Physik an der Stanford University, USA
• 1985-1989 Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Fakultät für Angewandte Physik der Stanford University, USA
• 1984-1985 Forschungen an der Heriot-Watt University Edinburgh, Schottland
• 1984 Diplom in Physik an der ETH Zürich

Fuktionen

• seit 2014 Mitglied im Forschungsrat des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung
• 2012-2016 Gründerin und Präsidentin des ETH Women Professors Forum
• 2013-2016 Vorsitzende des wissenschaftlichen Beirats des Max-Born-Instituts Berlin
• 2010-2012 Director at Large der Optical Society (OSA)
• 2009-2013 Mitglied im wissenschaftlichen Beirat des Max-Born-Instituts Berlin
• 2008-2014 Mitglied im wissenschaftlichen Beirat des Munich Centre for Advanced Photonics (MAP), LMU München und MPQ Garching
• 2011-2013 Mitglied im Beirat des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf
• seit 2009 Mitglied im Editorial Board Laser&Photonics Reviews
• 2008-2016 Jury-Mitglied für den Berthold Leibinger-Innovationpreis/Zukunftspreis
• 2007-2009 SAOT, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• seit 2005 Mitglied im Editorial Board Laser Physics Letters
• 2003-2007 Mitglied im Hochschulrat der Leibniz-Universität Hannover
• 2002-2004 Mitglied im Beirat des Laser-Laboratoriums Göttingen
• 2000-2002 Mitglied im Direktorium von IEEE LEOS
• 2000 Mitgründerin von GigaTera
• 1998-2004 Vorstandsmitglied von EPS in quantum electronics
• 1995 Mitgründerin von Time-Bandwidth Products
• seit 1994 Mitglied im Editorial board von Applied Physics B: Ultrafast Lasers and Photonic Devices

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• seit 2021 Mitglied der US-National Academy of Sciences
• 2020 SPIE Gold Medal, SPIE
• 2020 Frederic Ives Medal/Jarus W. Quinn Prize der Optical Society (OSA)
• 2019 IEEE Edison Medal, Institute of Electrical and Electronics Engineers
• 2018 European Inventor Award, Europäisches Parlament
• 2018 ERC Advanced Grant
• 2017 Weizmann Women and Science Award, Weizmann Institute, Israel
• 2015 Charles H. Townes Award der Optical Society (OSA)
• 2015 Geoffrey Frew Fellow der Australian Academy of Science
• seit 2014  Fellow des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
• 2013 Arthur L. Schawlow Award
• 2012 EPS Fellow
• 2012 ERC Advanced Grant
• 2011 EPS Senior Prize for Applied Aspects of Quantum Electronics and Optics
• seit 2008 Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• 2008 Joseph Fraunhofer / Robert M. Burley Prize der Optical Society (OSA)
• 2007 Ehrenmedaille der Leibniz-Universität Hannover
• 2005 Philip Morris-Forschungspreis
• 2004 Berthold Leibinger-Innovationspreis
• seit 2003 Mitglied der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften
• seit 2003 Fellow der Optical Society of America
• 2000-2001 LEOS distinguished lecturer award
• 1998 Carl Zeiss-Forschungspreis