多年来，研究人员一直在努力寻找能够被红外激光激发时冷却的石英光纤，但一直没有成功。这种光纤将二氧化硅使用在最普遍的光纤激光中成为可能，而无需对其进行外部冷却，并且从理论上讲，可以生产具有异常纯净和稳定频率的激光设备。

激光是特殊强度和单色的光。光纤激光器是将混沌、光谱宽的抽运光转换成高纯单色光的光纤。但是在生产激光的过程中，光纤激光器和所有的激光器一样，都容易发热。目前，这一问题是通过增加体积庞大的水基冷却系统来解决，但这会产生其他有害影响。这就需要一种能自我冷却的二氧化硅纤维来产生更清洁的激光。

当加入到光纤中的稀土离子（如镱）吸收低能光，然后以稍高的能量水平发射光时，就会发生这种冷却形式。这一过程被称为反斯托克斯荧光，可降低光纤温度。然而，这在二氧化硅中是一个挑战，因为激发的镱离子能量可以跃升到光纤中的杂质，并通过一个称为“浓度猝灭”的过程释放能量。

这个过程的挑战在于找到能容纳尽可能多的材料而又不产生淬火作用。“浓度太低，冷却效果就太小；离子浓度太高，离子会失去冷却效率。我们需要找到一种玻璃成分，将这两种相反作用之间的平衡推向更高的浓度。”这就需要找到一种适合于激光冷却二氧化硅的纤维成分。

但目前没有找到合适的二氧化硅成分，以至于有些专家认为实现这一目标极不可能。斯坦福大学的研究生Jennifer Knall却不停地通过实验测试，终于在硅纤维实验中看到了第一个自冷现象，并不断地使用能量较低的光重复该实验。通过六次测试，终于确定了石英光纤在被激发时可以变冷。自冷石英光纤激光器的温度没有波动，因此其发射的光的频率和功率随时间的推移比外部冷却的激光器更稳定。

研究生Jenny Knall站在自冷却纤维的实验装置旁边。图片提供：Pierre Baptiste Vigneron

最近，研究人员还将将硅纤维集成到激光放大器中。通过使用自冷激光器来制作先进的光纤放大器，这种装置可以放大光信号的穿透力，并有助于远距离传输光信号编码的信息。目前，这个过程产生的热量会降低光信号的质量；使用自冷光纤可以消除这个问题。

自第一次取得突破性进展以来，研究人员又发现了两种自冷的硅纤维成分，Knall用性能最好的候选材料制造了一种冷却光纤放大器，能够将激光放大40倍以上，同时沿光纤长度保持负的平均温度变化。虽然实验证明了激光在二氧化硅中冷却是可能的，但这种光纤放大器在实际应用中也具有不可否认的实用价值。

目前，研究人员提取了大约4%的能量注入到纤维中。这使得在不提高低效率的情况下，光纤不太可能被用于高功率应用，但研究人员发现，在低功率应用中，如极为精确的计量学或测量科学中，极为稳定的激光器有很多潜力。这项技术发展到什么程度，将取决于研究人员能在多大程度上推动材料科学。