Les lasers à fibre sont très efficaces dans les applications de spectroscopie laser en raison de leur capacité à produire des longueurs d'onde stables, cohérentes et uniques. Ils offrent une précision et une sensibilité élevées. La spectroscopie laser est de plus en plus utilisée dans la recherche médicale, le suivi de la qualité de l'air et l'authentification des œuvres d'art. La spectroscopie Raman est une utilisation courante des lasers en spectroscopie. Dans un essai Raman, une source de lumière laser est utilisée pour irradier un échantillon. Cet échantillon réagit avec le faisceau laser par des phonons, une vibration naturelle contenue dans des atomes ou des molécules qui réagissent à la lumière. Cette réaction entre les phonons et le faisceau laser peut être étudiée par le changement de longueur d'onde du faisceau laser d'origine par une caméra CCD.