אורסולה קלר

אורסולה קלר (באנגלית: Ursula Keller; נולדה ב-21 ביוני 1959) היא מדענית וחוקרת שווייצרית מהמובילות בעולם בפיזיקה ומתמחה בפוטוניקה ולייזר. משמשת פרופסור מן המניין באוניברסיטת ETH Zurich.

היא נחשבת כפורצת דרך בתחומי הפיזיקה היישומית, בהיותה ממציאה ומובילת מחקר ופיתוח של מספר פטנטים, העיקריים בהם: ה-SESAM - המאפשר שימוש באור לייזר בתחומי הנדסת החומרים, הטכנולוגיה והרפואה, וה-attoclock, המשמש לחקר מדידות זמן בדיוק מקסימלי.

היא משמשת עד היום (2018) כמנהלת של מכון מחקר ומספר חברות סטארט-אפ. זכתה במספר פרסים ותארים, ביניהם: פרס EPS () לשנת 2011, פרס ויצמן לנשים ומדע לשנת 2017, פרס IEEE לפוטוניקה בשנת 2018, פרס ה European Inventor לשנת 2018 ועוד.

ביוגרפיה
אורסולה קלר נולדה בעיר זאג בשווייץ בשנת 1959. בילדותה, כתלמידה, הייתה בעלת הישגים נמוכים בשפה אך הצטיינה במתמטיקה. מגיל צעיר התעניינה ונהנתה ממקצועות המתמטיקה והפיזיקה. יכולותיה זוהו ועודדו את הוריה להשקיע בה ולתמוך בלימודי הפיזיקה באוניברסיטת ציריך, שווייץ, שם גדלה.

הצטיינותה בלימודים האקדמיים, זיכתה אותה בקבלת "מלגת פולברייט" לשנה ראשונה בלימודי פיזיקה באוניברסיטת סטאנפורד. בשנה לאחר מכן, החלה את לימודי הדוקטורט ושימשה כחברת IBM. קלר קיבלה דיפלומה בפיזיקה מ ETH Zurich ב-1984 ואת התואר השני (בשנת 1987) והדוקטורט שלה (בשנת 1989) בפיזיקה מאוניברסיטת סטאנפורד.

מחקרה ולימודיה באוניברסיטה קידמו אותה למעבדת המחקר והפיתוח הידועה ביותר בעולם, לאותה התקופה: מעבדת בל  AT&T בניו-ג'רזי, בה עבדה בין השנים 1989-1993. מחקריה עסקו בחקר הלייזר, האור ומהירותם ובפריצת הגבולות הטכנולוגיים בשימושי הלייזר. שם, גיבשה את המצאתה פורצת הדרך הראשונה: ה-SESAM - מכשיר המאפשר הבזקי מקטעים קצרים, מהירים ויציבים של לייזר. הבזקים קצרים אלו מאפשרים פעולת לייזר אשר מחממת את החומרים פחות מפעולת קרן לייזר רציפה.

בשנת 1993, שנה לאחר שהמציאה את ה-SESAM, התמנתה לפרופסורית הראשונה למדעי הטבע בציריך, כשהייתה בת 33 בלבד. כמו כן, היא שימשה כחברת הנהלה של NCCR MUST (תוכנית מחקר בינתחומית שבראשה הקרן הלאומית של שווייץ למדע).

אורסולה קלר ייסדה את חברת  "Time-Bandwidth Products" בשנת 1995. לאחר מכן, פתחה  חברת סטארט-אפ הנקראת " GigaTera", בשנת 2000, שהייתה מאוגדת עם חברת " Time-Bandwidth Products". בהמשך, נרכשו שתי חברות אלו בידי חברת "California-based Lumentum".

אורסולה קלר המשיכה לחקור ולפתח לייזרים וכך, הגיעה להמצאתה פורצת הדרך השנייה : ה-attoclock. אורסולה קלר היא אחת המדעניות המובילות בעולם בתחום הפוטוניקה והלייזרים האולטרה–מהירים. היא פרסמה מעל ל-440 מאמרים שעברו ביקורת (ביניהם המאמר על המצאתה: ה-), 11 פרקי ספרים ו-7 פטנטים. בסה"כ החזיקה או הגישה הצעות ל-17 פטנטים אירופיים. נכון ליולי 2017, על פי האינדקס של google scholar מאמריה צוטטו מעל ל-20,000 ציטטות.

בשנת 2001 הוגדרה בתפקיד פרופסורית מבקרת במכון לטכנולוגיה בשוודיה ובשנת 2006 שימשה כפרופסורית מבקרת באוניברסיטת ברקלי בקליפורניה. קלר הנחתה מעל לשבעים דוקטורנטים שאחד-עשר מתוכם נעשו פרופסורים ונוספים נעשו למתמחים ומובילים בתחום. מ-2010, פרופ' קלר משמשת כדירקטורית של המרכז הלאומי השווייצרי לכישורים עבור מחקר במדע והטכנולוגיה המולקולריים האולטרה–מהירים. מאז 2014, היא חברה במועצת המחקר של אגף המדע בקרן הלאומית למדע במתמטיקה, טבע והנדסה.

פרופ' אורסולה קלר היא עמיתה ב-OSA, EPS, IEEE, SPIE ונבחרה להיות חברה זרה באקדמיה המלכותית למדע של שוודיה, באקדמיה השווייצרית למדע טכני ובאקדמיה הגרמנית Leopoldina.

ההמצאות

החידוש הראשון – SESAM – טכנולוגיה המאפשרת מקטעים קצרים של לייזר (1992) 
עם גילוי אור הלייזר החלו מדענים לחקור ולהשתמש באנרגיית אור רציף של הלייזר. מטרתם הייתה לחקור ולשנות חומרים באמצעות הלייזר, אולם אור הלייזר הרציף מאופיין בחימום יתר של החומרים ובפגיעה במבנם ותכונותיהם. בעיה זו הובילה את קלר לרעיון לייצר פולסים קצרים ומהירים של לייזר. פתרון זה היה קשה ליישום טכנולוגי באותה התקופה, זאת ועוד הלייזר לא היה די יציב.

החידוש של אורסולה קלר היה פיתוח טכנולוגיה המאפשרת מקטעים קצרים של לייזר, שמשכם 12- 10 ועד 15- 10 לשנייה. הטכנולוגיה מבוססת על השתלת קטע קטן של מוליך למחצה במערכת הלייזר הקיימת. כלומר, היא החליפה את אחת המראות במערכת הלייזר במוליך למחצה. המוליך למחצה מתפקד כמראה אך הוא בעל אפקט של בליעת האנרגיה הנמוכה של הלייזר, באופן בו הקרן המוחזרת בין המראה לבין המוליך מחצה היא קרן של אנרגיה גבוהה בלבד. כאשר רמת האנרגיה בקרן הלייזר מגיעה לשיאה, המוליך למחצה מאפשר פליטה של קטע לייזר קצר. כך, במקום שיתקבל אור לייזר רציף, מתקבלים פולסים קצרים של לייזר.

טכנולוגיה זו פותחה בשנת 1992 ונקראת  SESAM, ראשי תיבות של :

 Semiconductor – מוליך למחצה
 Absorber - בולם
 Mirror - מראה

ה SESAM מאפשר פעולת לייזר הרבה יותר יעילה: יציבה, קצרה, טובה יותר וקלה יותר.

עם חלוף השנים, פרופ' קלר המשיכה לפתח ולשפר את ה-SESAM כך שיכלול מגוון סוגים של לייזר. כיום, הוא משמש במגוון תחומים, כגון: ריתוך, חיתוך חומרים, תקשורת אופטית, טכנולוגיות הטלפון החכם ומכשור רפואי. אחד השימושים הנפוצים והיעילים ביותר של טכנולוגיה זו, הוא בניתוחי עיניים, כיוון שהיא מאפשרת פעולות מדויקות ומהירות שאינן מסכנות את רקמות העין, לדוגמה: חיתוך של שכבות בגודל של 10 – 100 ננומטר בכל פולס של לייזר. זאת, באמצעות שיטה שאינה כוללת חימום (כפי שהיה נהוג קודם בשימוש בלייזר), אלא מבוססת על תהליך הנקרא:  .

טכנולוגיה זו מאפשרת גם לערוך ניסויים ופיתוחים על גבי מצעים של זכוכית, פולימר וסיליקון, או תרכובות המכילות חומרים אלו, מכיוון שאינה מחממת אותם (מה שהיה גורם לפגיעה בהם). יתרון זה, הוא הגורם לשימוש הבסיסי ב SESAM במערכות הפלאפון והטלוויזיה.

החידוש השני – attoclock – שעון מדויק למדידה של מכניקה קוונטית
פרופ' קלר וצוותה המשיכו לפתח שיפורים ל-SESAM.  מטרתם הייתה לפתח את פולסי הלייזר הקצרים בעולם.

שדרוגים אלו, הובילו לפיתוח השעון המדויק ביותר בעולם -  attoclock. שעון זה, מודד מיליארדיות של מיליארדית השנייה, באמצעות לייזר. כלומר, הוא יכול למדוד זמן ברמת דיוק היכולה לאבחן את הזמן הנדרש לאור לעבור בין אטומים סמוכים. השעון משמש לבחינת תופעות קוונטיות, ללמידה על ריאקציות תת-אטומיות מידיות ואף לבדיקת נכונות הקבועים הטבעיים.

מכוני מחקר של פרופ' קלר
פרופסור אורסולה קלר עברה מהעולם האקדמי לעולם ההייטק. לאחר שנות מחקר אקדמי הסבה את הידע והניסיון הרב שלה למו"פ יישומי. פרופסור קלר ובעלה הקימו וניהלו חברה המפתחת SESAM למחשבים ולטכנולוגיות הפלאפון החכם. כיום, לטכנולוגיית ה-SESAM גישה לשוק העולמי. החברה מחזיקה במספר פטנטים ונרכשה לאחרונה על ידי חברה אמריקאית.

כיום, פרופסור אורסולה קלר מתכננת פתיחת מכון מחקר גדול נוסף בשווייץ שיעסוק בשימושים ופיתוחים פיזיקליים של לייזר, לצורך חקר החלל.

פרסים
רשימת הפרסים והעיטורים שזכתה:
פרס Carl Zeiss Research לשנת 1998.
היא זכתה לתואר בתחום האופטו-אלקטרוניקה.
היא הייתה “2006 Ångström Lecturer”.
פרס מקום ראשון של Berthold Leibinger Innovation לשנת 2004.
פרס Philip Morris Research לשנת 2005.
פרס OSA Fraunhofer/Burley לשנת 2008.
פרס EPS (European Physical Society) Senior  לשנת 2011.
פרס Arthur L. Schawlow לשנת 2013.
פרס OSA Charles H. Townes לשנת 2015.
Geoffrey Frew Fellowship of the Australian Academy of Science (2015)
פרס ויצמן לנשים ומדע לשנת 2017.
פרס ה-European Inventor לשנת 2018.

ראו גם
לייזר מצב-מוצק

קישורים חיצוניים

סרטונים של פרופסור קלר על המצאותיה, ETH Zurich – Ultrafast Lasers Physics – Ursula Keller – Media.
תקציר הישגים של פרופ' אורסולה קלר וסיבות לזכייתה בפרס ויצמן לנשים ומדע, Weizmann Women and Science Award – prof. Ursula Keller.
ריאיון עם פרופ' אורסולה קלר (סרטון) העוסק בהמצאתה ה attoclock, Ursula Keller 2011 World.Minds Interview.
סרטון המספר על קורות חייה של אורסולה קלר ועל המצאותיה, Ursula Keller – Ultrafast pulsed lasers.
הסבר על קורות חייה והמצאותיה של פרופ' אורסולה קלר שהביאו לזכייתה בפרס ה European Inventor, Ursula Keller (Switzerland) – Winner of the European Inventor Award 2018.

הסבר על המצאתה של פרופסור אורסולה קלר – ה SESAM, What is SESAM?.
מאמר על ה SESAM מאת פרופסור אורסולה קלר וצוותה, Semiconductor Saturable Absorber Mirrors (SESAM’s) for Femtosecond to Nanosecond Pulse Generation in Solid-State Lasers.

הערות שוליים

ילידות 1959
מדעניות שווייצריות
פיזיקאים שווייצרים
עמיתי IEEE
זוכות פרס ויצמן לנשים במדע