Neodimijum oksid ima široku primenu u oblasti optike, prvenstveno zbog svojih jedinstvenih optičkih svojstava. Važna je sirovina u pripremi laserskih materijala, a rezultirajući kristali neodimijum oksida imaju visoke laserske presjeke i dug vijek trajanja. Ova svojstva čine neodimijum oksid idealnim za proizvodnju optičkih uređaja kao što su laseri i pojačivači sa vlaknima.
Neodimijum oksid se takođe koristi za proizvodnju neodimijum stakla. Ioni neodimijuma u ovom staklu ključni su za generisanje visokoenergetskih lasera, značajno pojačavajući slabu lasersku energiju. To ga čini jednim od najmoćnijih dostupnih laserskih medija, sposobnim da proizvede najveću energiju na Zemlji. Neodimijumsko staklo igra vitalnu ulogu u laserskim primenama u naučnim istraživanjima, industriji i drugim oblastima, uključujući lasersko rezanje i lasersko zavarivanje.
Osim toga, neodim oksid se koristi za stvaranje posebnih optičkih leća koje filtriraju određene valne duljine svjetlosti. Ova sočiva se obično nalaze u laserskim aplikacijama, kao što su skeneri bar kodova, medicinska oprema i laserski pokazivači.
Nadalje, fosfori dopirani neodimijumom imaju značajnu primjenu u optici. Kada su pobuđeni određenim talasnim dužinama ili izvorima energije, ovi fosfori emituju svetlost i naširoko se koriste u proizvodnji visokokvalitetnih televizijskih ekrana, kompjuterskih ekrana i fluorescentnih lampi. Pomažu u stvaranju svijetlih, živopisnih efekata prikaza uz održavanje energetske efikasnosti.