A neodímium-oxid széles körben alkalmazható az optika területén, elsősorban egyedülálló optikai tulajdonságainak köszönhetően. Lézeres anyagok előállításánál fontos alapanyag, a keletkező neodímium-oxid kristályok nagy lézerkeresztmetszetűek és hosszú élettartamúak. Ezek a tulajdonságok ideálissá teszik a neodímium-oxidot optikai eszközök, például lézerek és szálerősítők gyártásához.
A neodímium-oxidot neodímium üveg előállítására is használják. Az üvegben lévő neodímium ionok döntő fontosságúak a nagy energiájú lézerek előállításához, jelentősen felerősítve a gyenge lézerenergiát. Ez az egyik legerősebb elérhető lézeres adathordozóvá teszi, amely a Föld legmagasabb energiáját képes leadni. A neodímium üveg létfontosságú szerepet játszik a lézeres alkalmazásokban a tudományos kutatásban, az iparban és más területeken, beleértve a lézeres vágást és lézerhegesztést.
Ezenkívül a neodímium-oxidot speciális optikai lencsék létrehozására használják, amelyek meghatározott hullámhosszú fényt szűrnek. Ezek a lencsék általában megtalálhatók lézeres alkalmazásokban, például vonalkód-leolvasókban, orvosi berendezésekben és lézermutatókban.
Ezenkívül a neodímiummal adalékolt fényporok jelentős felhasználási területet jelentenek az optikában. Ha meghatározott hullámhosszak vagy energiaforrások gerjesztik, ezek a fényporok fényt bocsátanak ki, és széles körben használják kiváló minőségű televízió-képernyők, számítógép-kijelzők és fénycsövek előállításához. Segítenek fényes, élénk kijelzőhatások létrehozásában, miközben megőrzik az energiahatékonyságot.