Neodimijev oksid ima široku primjenu u području optike, prvenstveno zahvaljujući svojim jedinstvenim optičkim svojstvima. Važna je sirovina u pripremi laserskih materijala, a dobiveni kristali neodimijeva oksida imaju visoke laserske presjeke i dug životni vijek. Ova svojstva čine neodimijev oksid idealnim za proizvodnju optičkih uređaja kao što su laseri i vlaknasta pojačala.
Neodimijev oksid se također koristi za proizvodnju neodimijeva stakla. Neodimijevi ioni u ovom staklu ključni su za generiranje visokoenergetskih lasera, značajno pojačavajući slabu lasersku energiju. To ga čini jednim od najsnažnijih dostupnih laserskih medija, koji može proizvesti najveću energiju na Zemlji. Neodimijsko staklo igra vitalnu ulogu u primjeni lasera u znanstvenom istraživanju, industriji i drugim područjima, uključujući lasersko rezanje i lasersko zavarivanje.
Osim toga, neodimijev oksid koristi se za izradu posebnih optičkih leća koje filtriraju određene valne duljine svjetlosti. Ove se leće obično nalaze u laserskim aplikacijama, kao što su skeneri crtičnog koda, medicinska oprema i laserski pokazivači.
Nadalje, fosfori dopirani neodimijem imaju značajnu primjenu u optici. Kada su pobuđeni određenim valnim duljinama ili izvorima energije, ovi fosfori emitiraju svjetlost i naširoko se koriste u proizvodnji visokokvalitetnih televizijskih ekrana, računalnih zaslona i fluorescentnih svjetiljki. Pomažu u stvaranju svijetlih, živopisnih efekata prikaza uz održavanje energetske učinkovitosti.