Ursula Keller

Le mot laser vient de l'anglais "light amplification by stimulated emission of radiation", qui veut dire "amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement". Ainsi, la lumière laser est le résultat d'atomes stimulés par de l'énergie, leurs électrons émettant des photons pour diffuser de la lumière. Habituellement, on utilise les cristaux à énergie extrêmement purs comme les rubis synthétiques ou les grenats d'aluminium car ils sont efficaces et polyvalents. Quand ces cristaux reçoivent de l'énergie, les électrons se trouvent dans un état excité. Quand ils sont au repos, ils émettent des photons uniformes (des particules de lumières), qui ont la même fréquence, valeur et longueur d'ondes d'énergie qu'un rayon laser monochromatique.

Auparavant, les rayons laser continus demandaient un équipement complexe et étaient plutôt instables. Ursula Keller a entrepris de changer cela en utilisant un morceau de semi-conducteur qui agit comme une surface semi-réfléchissante. Quand les ondulations de la lumière se réfléchissent entre un miroir et un semi-conducteur, le semi-conducteur absorbe les fréquences à énergie inférieure pour que les rayons gagnent de la vitesse et soient amplifiés au cours de leurs allers-retours. Lorsqu'un pallier est atteint, ou saturé, à l'intérieur de la surface semi-réfléchissante, il agit comme une porte dérobée transparente et émet un seul rayon de lumière. Cette impulsion de lumière représente 5 % du rayon d'énergie du système. Ursula Keller a appelé ce laser SESAM, pour "semiconductor saturable absorber mirror", en français, miroir absorbeur saturable à semi-conducteur.

La technologie laser ultra-rapide d'Ursula Keller permet également d'étudier les réactions subatomiques quasi-instantanées. Son horloge "attoclock" utilise le laser pour enregistrer des intervalles de temps très courts: de l'ordre de quelques attosecondes, une attoseconde étant 10^-18 secondes. C'est à peu près le temps qu'il faut à la lumière pour se déplacer entre deux atomes. Utilisée comme une lumière stroboscopique subatomique vitruelle, l'attoclock "fige" le mouvement des objets rapides, comme les électrons par exemple, permettant ainsi de mesurer des phénomènes du monde infinitésimal de la mécanique quantique.

Née en Suisse, Ursula Keller a obtenu une licence de physique à l'école polytechnique de Zurich en 1984. Elle est ensuite allée à l'université de Stanford où elle a obtenu un master (en 1987) et un doctorat (en 1989) en physique appliquée. La même année, elle a rejoint AT&T Bell Laboratories, aujourd'hui devenu Nokia Bell Labs. En 1993, elle a accepté un poste de professeure à l'école polytechnique de Zurich dans le laboratoire de recherche sur les lasers à impulsions ultra-rapides. C'est là qu'elle a co-fondé l'entreprise dérivée Time-Bandwidth Products en 1995 et la start-up GigaTera en 2000. Les deux entreprises ont plus tard été rachetées par l'entreprise californienne Lumentum.

Ursula Keller a publié plus de 440 articles dans des revues scientifiques examinées par des pairs et 11 chapitres de livres. Elle fait partie des scientifiques les plus éminents dans le domaine de la photonique ultra-rapide et possède sept brevets européens. Parmi ses nombreuses récompenses, on compte le prix IEEE Photonics en 2018, le prix Weizmann Women & Science en 2017, la médaille Charles Hard Townes de l'Optical Society en 2015 et la bourse Geoffrey Frew de l'Académie australienne des sciences en 2015. Ursula Keller a encadré plus de 70 doctorants. Parmi ses anciens élèves, 11 sont devenus professeurs et d'autres travaillent dans des entreprises fabricant des lasers ou ont créé leurs propres entreprises. Depuis 2010, elle est directrice du Pôle de recherche national suisse en science et technologie de processus moléculaires ultra-rapides. En 2014, elle est devenue membre du conseil de recherche du Fonds national suisse de la recherche scientifique dans le département mathématiques, sciences naturelles et de l'ingénieur.

L'Europe joue un rôle majeur dans le domaine des lasers ultra-rapides, que ce soit dans leur développement ou leur fabrication. Regroupant un nombre important de spécialistes du laser, elle a pu réunir environ 73 % des lasers ultra-rapides les plus intenses du monde, de l'ordre du pétawatt. Le projet de recherche de l'Union européenne "Extreme Light Infrastructure", avec son budget de 850 millions d'euros, a pour mission de rassembler les experts les plus réputés afin de créer le laser le plus puissant du monde. L'Europe abrite également le consortium Laserlab-Europe. Il relie les centres de recherche les plus importants comme l'ETH Zurich, l'université d'Iéna, l'institut d'optique de ParisTech et l'institut Max Planck d'optique quantique. Il les associe à des acteurs clés du marché, comme Amplitudes Systèmes et Trumpf.

Au fil des années, les lasers ont joué un rôle clé dans les inventions de plusieurs finalistes et lauréats du Prix de l'inventeur européen. Parmi eux, on compte les inventeurs de la cohérence tomographique optique, James G. Fujimoto, Eric A. Swanson et Robert Huber (lauréats de la catégorie Pays non membres de l'OEB en 2017), l'ingénieur en électronique à l'origine de la méthode de codage pour les CD, DVD et Blu-ray, Kornelis A. Schouhamer Immink ( finaliste de la catégorie Œuvre d'une vie en 2015), le pionnier de la chirurgie oculaire, Josef Bille (lauréat de la catégorie Œuvre d'une vie en 2012), les inventeurs des lasers à cascade quantique, Federico Capasso, Jérôme Faist et leur équipe (finalistes de la catégorie Pays non membres de l'OEB en 2012), et les inventeurs de l'ophtalmoscope laser à balayage, Douglas Anderson et son équipe (lauréats de la catégorie PME/Recherche en 2008).