Các vật liệu quang học flouride, đặc biệt là các tinh thể flouride pha tạp đất hiếm là một trong những vật liệu được nghiên cứu trong thời gian dài do chúng có nhiều ưu điểm vượt trội so với vật liệu khác như [4,7,24]:
Vùng cấm rộng: Điều này cho phép vật liệu phát ra các bức xạ có mức năng lượng cao, ví dụ đối với các vật liệu flouride chứa các ion Tm3+, Nd3+, Er3+ người ta quan sát thấy phát xạ xung quanh bước sóng 170 nm trong vùng tử ngoại ứng với chuyển dời 5d→4f của Tm3+ trong tin thể BaF2. Chính vì điều này nên một số tinh thể như BaF2 có tính chất nhấp nháy.
Hiệu ứng dịch chuyển đỏ (nephelauxetic) yếu và cường độ của trường tinh thể vừa phải: Do flo là nguyên tố có độ âm điện cao nhất trong số các anion (3,98, theo thang Pauling) nên liên kết giữa các ion đất hiếm (RE3+) và flo mang tính ion mạnh, tức là hiệu ứng nephelauxetic yếu, do đó sự chênh lệch giữa mức năng lượng của trạng thái 4fn5d và trạng thái 4f trong RE3+ lớn. Điều này sẽ dẫn đến hiệu suất lượng tử trong vật liệu floride lớn hơn so với các vật liệu khác. Ảnh hưởng của trường tinh thể trong các tinh thể floride yếu hơn trong các oxit nhưng mạnh hơn các halogen khác, tức là sự tách mức Stark trong tinh thể floride yếu hơn trong oixide nhưng mạnh hơn so với các halogen khác.
Thời gian sống của các mức ndn và 4fn dài: các chuyển dời lưỡng cực điện cho phép khi trạng thái đầu và trạng thái cuối có tính chẵn lẻ ngược nhau (Δl = 1, 3 (l là mô men quỹ đạo góc)) và mô men spin không đổi (ΔS = 0). Tuy nhiên, các chuyển dời tương ứng có thể bị cấm do sự pha trộn giữa các trạng thái có tính chẵn lẻ ngược nhau. Do đặc tính của liên kết ion tạo bởi các flo nên xác suất chuyển dời, nd→nd, của các kim loại chuyển tiếp và chuyển dời, 4f → 4f, của các ion đất hiếm trong vật liệu floride yếu hơn trong các vật liệu khác. Điều này dẫn đến hiện tượng các vật liệu floride hấp thụ yếu hơn và thời gian sống dài hơn (do τ = 1/AT:
với AT là tổng xác suất chuyển dời phát xạ) so các vật liệu khác. Ví dụ: Thời gian sống của trạng thái 4F3/2 của Nd3+ ứng với bước sóng 1,06 µm là 700 µs trong LaF3, cỡ 260 µs trong Y2O3, 220 µs trong LaCl3 và 60 µs trong LaS3 [4]. Thời gian sống dài thuận lợi cho quá trình “chuyển đổi ngược - upconversion” [9] và phát xạ laser [4,5].
Năng lượng phonon thấp: Trong vật liệu floride, năng lượng phonon thấp hơn trong các oxide và cao hơn trong các halogen khác. Thông thường trong phần lớn các tinh thể floride, năng lượng cao nhất của các phonon trong khoảng từ 400 cm-1 đến 500 cm-1 [4-6]. (K2YF5: 417 cm-1, CaF2: 465 cm-1; LiYF4: 490 cm-1). Xác suất chuyển dời đa phonon giữa các mức 4f của các ion đất hiếm giảm dần với việc tăng khoảng cách giữa các mức năng lượng liên tiếp và việc giảm năng lượng của phonon. Xác suất này có thể bỏ qua khi năng lượng của khe lớn hơn 6 đến 8 lần năng lượng cao nhất của phonon trong mạng [5]. Tức là, năng lượng phonon thấp dẫn đến xác suất phục hồi đa phonon giảm đi và do đó hiệu suất lượng tử sẽ tăng lên.