Zewnętrzna ścieżka optyczna maszyny do cięcia laserowego wykorzystuje przede wszystkim system latającej ścieżki optycznej. Wiązka laserowa emitowana z generatora laserowego przechodzi przez zwierciadła 1, 2 i 3 do soczewki ogniskującej na głowicy tnącej, gdzie zostaje skupiona, tworząc plamkę na powierzchni obrabianego materiału. Lustro 1 jest przymocowane do korpusu maszyny; lustro 2 na belce poprzecznej porusza się w osi x-wraz z belką poprzeczną; i lustro 3 na osi z-przesuwa się na osi y-wraz z osią z-. Jak widać na diagramie, podczas procesu cięcia długość ścieżki optycznej stale się zmienia, gdy belka poprzeczna porusza się w osi x-, a część osi z-w osi y-.
Obecnie, ze względu na koszty produkcji i inne czynniki, wiązki laserowe emitowane przez cywilne generatory laserowe mają określony kąt rozbieżności i są „stożkowe”. Kiedy zmienia się wysokość „stożka” (co jest równoznaczne ze zmianą długości ścieżki optycznej maszyny do cięcia laserowego), pole-przekroju poprzecznego wiązki na powierzchni soczewki skupiającej również się zmienia. Ponadto światło ma właściwości falowe, dlatego dyfrakcja jest nieunikniona. Dyfrakcja powoduje, że wiązka rozprzestrzenia się na boki podczas propagacji. Zjawisko to występuje we wszystkich układach optycznych i wyznacza teoretyczne granice wydajności tych układów. Ze względu na stożkowy kształt wiązki Gaussa i dyfrakcję fal świetlnych, średnica wiązki działającej na powierzchnię soczewki stale się zmienia wraz ze zmianą długości ścieżki optycznej. Powoduje to zmiany w wielkości i głębokości ogniskowej, ale ma niewielki wpływ na położenie ogniskowej. Jeśli rozmiar ogniskowej i głębokość zmienią się podczas ciągłego przetwarzania, nieuchronnie będzie to miało znaczący wpływ na proces. Może to na przykład powodować nierówną szerokość nacięcia, niepełne cięcie przy tej samej mocy cięcia, a nawet ablację materiału.
