Η εξωτερική οπτική διαδρομή μιας μηχανής κοπής με λέιζερ χρησιμοποιεί κυρίως ένα σύστημα ιπτάμενου οπτικού μονοπατιού. Η δέσμη λέιζερ που εκπέμπεται από τη γεννήτρια λέιζερ περνά μέσα από τους καθρέφτες 1, 2 και 3 στον φακό εστίασης στην κεφαλή κοπής, όπου εστιάζεται για να σχηματίσει ένα σημείο στην επιφάνεια του προς επεξεργασία υλικού. Ο καθρέφτης 1 είναι στερεωμένος στο σώμα του μηχανήματος. Ο καθρέφτης 2 στην εγκάρσια δοκό κινείται στον άξονα x-μαζί με την εγκάρσια δοκό. και ο καθρέφτης 3 στον άξονα z-μετακινείται στον άξονα y-μαζί με τον άξονα z-. Όπως φαίνεται από το διάγραμμα, κατά τη διαδικασία κοπής, το μήκος της οπτικής διαδρομής αλλάζει συνεχώς καθώς η εγκάρσια δοκός κινείται στον άξονα x-και το τμήμα του άξονα z-μετακινείται στον άξονα y-.
Επί του παρόντος, λόγω του κόστους κατασκευής και άλλων παραγόντων, οι ακτίνες λέιζερ που εκπέμπονται από μη στρατιωτικές γεννήτριες λέιζερ έχουν μια ορισμένη γωνία απόκλισης και είναι "κωνικές". Όταν το ύψος του "κώνου" αλλάζει (ισοδύναμο με μια αλλαγή στο μήκος της οπτικής διαδρομής της μηχανής κοπής με λέιζερ), η περιοχή διατομής-της δέσμης στην επιφάνεια του φακού εστίασης αλλάζει επίσης ανάλογα. Επιπλέον, το φως έχει κυματικές ιδιότητες, επομένως η περίθλαση είναι αναπόφευκτη. Η περίθλαση κάνει τη δέσμη να απλώνεται πλευρικά κατά τη διάδοση. Αυτό το φαινόμενο υπάρχει σε όλα τα οπτικά συστήματα και καθορίζει τα θεωρητικά όρια απόδοσης αυτών των συστημάτων. Λόγω του κωνικού σχήματος μιας δέσμης Gauss και της περίθλασης των κυμάτων φωτός, η διάμετρος της δέσμης που ενεργεί στην επιφάνεια του φακού αλλάζει συνεχώς καθώς το μήκος της οπτικής διαδρομής ποικίλλει. Αυτό προκαλεί αλλαγές στο εστιακό μέγεθος και βάθος, αλλά έχει μικρή επίδραση στην εστιακή θέση. Εάν το εστιακό μέγεθος και το βάθος αλλάξουν κατά τη συνεχή επεξεργασία, θα έχει αναπόφευκτα σημαντικό αντίκτυπο στη διαδικασία. Για παράδειγμα, μπορεί να προκαλέσει ασυνεπή πλάτη κεφαλής, ελλιπή κοπή με την ίδια ισχύ κοπής ή ακόμη και αφαίρεση του υλικού.
