L'òxid de neodimi té una àmplia gamma d'aplicacions en el camp de l'òptica, principalment per les seves propietats òptiques úniques. És una matèria primera important en la preparació de materials làser, i els cristalls d'òxid de neodimi resultants tenen seccions transversals làser elevades i llargues vides. Aquestes propietats fan que l'òxid de neodimi sigui ideal per a la fabricació de dispositius òptics com ara làsers i amplificadors de fibra.
L'òxid de neodimi també s'utilitza per produir vidre de neodimi. Els ions de neodimi d'aquest vidre són crucials per generar làsers d'alta energia, amplificant significativament l'energia làser feble. Això el converteix en un dels mitjans làser més potents disponibles, capaç de produir l'energia més alta de la Terra. El vidre de neodimi té un paper vital en les aplicacions làser en la investigació científica, la indústria i altres camps, inclòs el tall per làser i la soldadura per làser.
A més, l'òxid de neodimi s'utilitza per crear lents òptiques especials que filtren longituds d'ona específiques de la llum. Aquestes lents es troben habitualment en aplicacions làser, com ara escàners de codis de barres, equips mèdics i punters làser.
A més, els fòsfors dopats amb neodimi tenen aplicacions importants en òptica. Quan són excitats per longituds d'ona o fonts d'energia específiques, aquests fòsfors emeten llum i s'utilitzen àmpliament en la producció de pantalles de televisió d'alta qualitat, pantalles d'ordinador i làmpades fluorescents. Ajuden a produir efectes de visualització brillants i vius alhora que mantenen l'eficiència energètica.