כאשר יונים של טיטניום (Ti+3) נמצאים בתוך מבנה (מטריצה) של ספיר (Al2O3) מקבלים:
Ti:Al2O3
כאשר חומר זה משמש כתווך פעיל של לייזר, הלייזר נקרא לייזר טיטניום ספיר.
כמות יוני הטיטניום בתוך האלומינה היא כ 0.1%, כאשר הם באים במקום אטומי אלומיניום בגביש.
לייזרי טיטניום ספיר שייכים למשפחת לייזרים הנקראים "לייזרים ויברוניים" בהם יונים עם ערכיות 3 של כרומיום או טיטניום נמצאים בתוך חומר מוצק מארח.
זמן החיים של הרמה המעוררת בלייזר טיטניום ספיר הוא 3.2 מיקרושניה, וזהו זמן חיים קצר מידי מכדי לשאוב את הלייזר עם מנורת הבזק. על כן שואבים את לייזר טיטניום ספיר באמצעות לייזר אחר.
ספקטרום הבליעה של טיטניום ספיר מרוכז סביב 500 ננומטר, ולכן משתמשים בלייזרי ארגון או אדי נחושת כדי לשאוב אותו.
לייזרי יטניום ספיר פותחו לראשונה בשנת 1982 על ידי פיטר מולטון ממעבדות לינקולן של MIT.
מערכות לייזר טיטניום ספיר מסחריות הפולטות קרינה רציפה הופיעו בשוק בשנת 1988.
טיטניום הוא מתכת מעבר (בטבלה המחזורית של היסודות), ולכן לייזר טיטניום ספיר נכלל בקבוצת הלייזרים של מתכות המעבר.
הקרינה הנפלטת מלייזר טיטניום ספיר ניתנת לכיוונון על פני תחום ספקטרום רחב.
לייזרי טיטניום ספיר יכולים לפלוט קרינה בתחום רחב ביותר באינפרא אדום קרוב:
670 – 1100 [nm]
בתחום ספקטרום זה מחליפים לייזרי טיטניום ספיר את לייזרי הדיודה מכיוון שהם אמינים יותר, ופשוטים יותר (אין התעסקות בנוזלי צבע).
