השימוש העיקרי של לייזרי טיטניום ספיר הוא במעבדות המחקר. במיוחד ליישומים ספקטרוסקופיים.

תחום הכיוונון הרחב של לייזרי טיטניום ספיר מאפשר להשתמש בהם ליצירת פולסים קצרים ביותר (פחות מפיקושניה) באורכי גל שונים.

כאשר מעבירים את הקרינה מלייזר טיטניום ספיר דרך גבישים לא לינאריים, ניתן לקבל קרינה בתדירות מוכפלת פי מספר פעמים.

כך ניתן לקבל פולסים קצרים של קרינה באורכי גל קצרים.

לדוגמא: משתמשים בלייזר טיטניום ספיר בפרויקט של נאסא למדידת אדי מים ואירוסולים באטמוספירה, והשפעתם עליה. הפרויקט נקרא:

Lase = Lidar Atmospheric Sensing Experiment

= ניסויי חישה באטמוספירה באמצעות ראדאר לייזר

באמצעות מגבר לייזר טיטניום ספיר הצליחו לקבל :

• רמות הספק של טראוואט (10¹² וואט).
• משכי פולסים של פמטו-שניות (10^-15 שניות).
• קצב פולסים של 10 הרץ (10 פולסים בשניה).
• אורכי גל של 760 – 840 ננומטר.