Oxid neodymový má širokou škálu aplikací v oblasti optiky, především díky svým jedinečným optickým vlastnostem. Je to důležitá surovina při přípravě laserových materiálů a výsledné krystaly oxidu neodymu mají vysoké průřezy laseru a dlouhou životnost. Tyto vlastnosti dělají z oxidu neodymu ideálního pro výrobu optických zařízení, jako jsou lasery a vláknové zesilovače.
Oxid neodymový se také používá k výrobě neodymového skla. Neodymové ionty v tomto skle jsou klíčové pro generování vysokoenergetických laserů, které výrazně zesilují slabou laserovou energii. To z něj dělá jedno z nejvýkonnějších dostupných laserových médií, které je schopné vydávat nejvyšší energii na Zemi. Neodymové sklo hraje zásadní roli v laserových aplikacích napříč vědeckým výzkumem, průmyslem a dalšími obory, včetně laserového řezání a laserového svařování.
Kromě toho se oxid neodymu používá k vytvoření speciálních optických čoček, které filtrují specifické vlnové délky světla. Tyto čočky se běžně vyskytují v laserových aplikacích, jako jsou skenery čárových kódů, lékařské vybavení a laserová ukazovátka.
Kromě toho mají neodymem dopované fosfory významné uplatnění v optice. Při buzení specifickými vlnovými délkami nebo zdroji energie emitují tyto fosfory světlo a jsou široce používány při výrobě vysoce kvalitních televizních obrazovek, počítačových displejů a zářivek. Pomáhají vytvářet jasné, živé efekty zobrazení při zachování energetické účinnosti.