Jalur optik eksternal mesin pemotongan laser terutama menggunakan sistem jalur optik terbang. Sinar laser yang dipancarkan dari generator laser melewati cermin 1, 2, dan 3 menuju lensa pemfokusan pada kepala pemotongan, selanjutnya difokuskan membentuk titik pada permukaan material yang akan diproses. Cermin 1 dipasang pada badan mesin; cermin 2 pada balok melintang bergerak pada sumbu x-sepanjang balok melintang; dan cermin 3 pada sumbu z-bergerak pada sumbu y-bersama dengan sumbu z-. Seperti dapat dilihat dari diagram, selama proses pemotongan, panjang jalur optik terus berubah seiring pergerakan balok melintang pada sumbu x-dan bagian sumbu z-bergerak pada sumbu y-.
Saat ini, karena biaya produksi dan faktor lainnya, sinar laser yang dipancarkan oleh generator laser sipil memiliki sudut divergensi tertentu dan berbentuk "kerucut". Saat ketinggian "kerucut" berubah (setara dengan perubahan panjang jalur optik mesin pemotongan laser), luas penampang-sinar pada permukaan lensa fokus juga berubah. Selain itu, cahaya memiliki sifat gelombang, oleh karena itu difraksi tidak dapat dihindari. Difraksi menyebabkan berkas menyebar kesamping selama perambatan. Fenomena ini ada di semua sistem optik dan menentukan batas kinerja teoritis sistem ini. Karena bentuk kerucut berkas Gaussian dan difraksi gelombang cahaya, diameter berkas yang bekerja pada permukaan lensa terus berubah seiring dengan bervariasinya panjang jalur optik. Hal ini menyebabkan perubahan pada ukuran dan kedalaman fokus, namun berdampak kecil pada posisi fokus. Jika ukuran fokus dan kedalaman berubah selama pemrosesan berkelanjutan, hal ini pasti akan berdampak signifikan pada proses tersebut. Misalnya, hal ini dapat menyebabkan lebar garitan yang tidak konsisten, pemotongan yang tidak sempurna pada kekuatan pemotongan yang sama, atau bahkan ablasi material.
