Neodymium oksida mempunyai pelbagai aplikasi dalam bidang optik, terutamanya disebabkan oleh sifat optiknya yang unik. Ia merupakan bahan mentah yang penting dalam penyediaan bahan laser, dan kristal oksida neodymium yang terhasil mempunyai keratan rentas laser yang tinggi dan jangka hayat yang panjang. Sifat-sifat ini menjadikan neodymium oksida sesuai untuk mengeluarkan peranti optik seperti laser dan penguat gentian.
Neodymium oksida juga digunakan untuk menghasilkan kaca neodymium. Ion neodymium dalam kaca ini adalah penting untuk menghasilkan laser tenaga tinggi, menguatkan tenaga laser lemah dengan ketara. Ini menjadikannya salah satu media laser paling berkuasa yang ada, mampu mengeluarkan tenaga tertinggi di Bumi. Kaca neodymium memainkan peranan penting dalam aplikasi laser merentasi penyelidikan saintifik, industri dan bidang lain, termasuk pemotongan laser dan kimpalan laser.
Di samping itu, neodymium oksida digunakan untuk mencipta kanta optik khas yang menapis panjang gelombang cahaya tertentu. Kanta ini biasanya ditemui dalam aplikasi laser, seperti pengimbas kod bar, peralatan perubatan dan penunjuk laser.
Tambahan pula, fosfor berdop neodymium mempunyai aplikasi penting dalam optik. Apabila teruja dengan panjang gelombang atau sumber tenaga tertentu, fosfor ini mengeluarkan cahaya dan digunakan secara meluas dalam penghasilan skrin televisyen berkualiti tinggi, paparan komputer dan lampu pendarfluor. Mereka membantu menghasilkan kesan paparan yang terang dan terang sambil mengekalkan kecekapan tenaga.