Tlenek neodymu ma szerokie zastosowanie w dziedzinie optyki, przede wszystkim ze względu na swoje unikalne właściwości optyczne. Jest ważnym surowcem do wytwarzania materiałów laserowych, a powstałe kryształy tlenku neodymu charakteryzują się wysokimi przekrojami poprzecznymi lasera i długą żywotnością. Te właściwości sprawiają, że tlenek neodymu idealnie nadaje się do produkcji urządzeń optycznych, takich jak lasery i wzmacniacze światłowodowe.
Tlenek neodymu jest również używany do produkcji szkła neodymowego. Jony neodymu w tym szkle mają kluczowe znaczenie dla generowania laserów o wysokiej energii, znacznie wzmacniając słabą energię lasera. To sprawia, że jest to jedno z najpotężniejszych dostępnych mediów laserowych, zdolne do wytwarzania najwyższej energii na Ziemi. Szkło neodymowe odgrywa kluczową rolę w zastosowaniach laserowych w badaniach naukowych, przemyśle i innych dziedzinach, w tym w cięciu i spawaniu laserowym.
Ponadto tlenek neodymu służy do tworzenia specjalnych soczewek optycznych, które filtrują określone długości fal światła. Soczewki te są powszechnie stosowane w zastosowaniach laserowych, takich jak skanery kodów kreskowych, sprzęt medyczny i wskaźniki laserowe.
Ponadto luminofory domieszkowane neodymem mają znaczące zastosowania w optyce. Po wzbudzeniu określonymi długościami fal lub źródłami energii luminofory te emitują światło i są szeroko stosowane w produkcji wysokiej jakości ekranów telewizyjnych, wyświetlaczy komputerowych i lamp fluorescencyjnych. Pomagają uzyskać jasne, żywe efekty wizualne przy jednoczesnym zachowaniu efektywności energetycznej.