Laserleikkauskoneen ulkoinen optinen reitti käyttää ensisijaisesti lentävää optista polkujärjestelmää. Lasergeneraattorin lähettämä lasersäde kulkee peilien 1, 2 ja 3 läpi leikkuupäässä olevaan tarkennuslinssiin, jossa se tarkentuu muodostaen täplän käsiteltävän materiaalin pinnalle. Peili 1 on kiinnitetty koneen runkoon; poikkipalkin peili 2 liikkuu x--akselilla poikkipalkin mukana; ja peili 3 z--akselilla liikkuu y--akselilla z--akselin mukana. Kuten kaaviosta voidaan nähdä, leikkausprosessin aikana optisen reitin pituus muuttuu jatkuvasti, kun poikkipalkki liikkuu x--akselilla ja z--akselin osa liikkuu y--akselilla.
Tällä hetkellä valmistuskustannuksista ja muista tekijöistä johtuen siviililasergeneraattoreiden lähettämillä lasersäteillä on tietty poikkeamakulma ja ne ovat "kartiomaisia". Kun "kartion" korkeus muuttuu (vastaa laserleikkauskoneen optisen reitin pituuden muutosta), myös säteen poikkileikkauspinta-ala tarkennuslinssin pinnalla muuttuu vastaavasti. Lisäksi valolla on aaltoominaisuuksia, joten diffraktio on väistämätöntä. Diffraktio aiheuttaa säteen leviämisen sivusuunnassa etenemisen aikana. Tämä ilmiö esiintyy kaikissa optisissa järjestelmissä ja määrittää näiden järjestelmien teoreettiset suorituskykyrajat. Gaussin säteen kartiomaisesta muodosta ja valoaaltojen diffraktiosta johtuen linssin pintaan vaikuttavan säteen halkaisija muuttuu jatkuvasti optisen polun pituuden muuttuessa. Tämä aiheuttaa muutoksia polttokoon ja syvyyteen, mutta sillä on vain vähän vaikutusta polttopisteeseen. Jos polttokoko ja syvyys muuttuvat jatkuvan käsittelyn aikana, sillä on väistämättä merkittävä vaikutus prosessiin. Se voi esimerkiksi aiheuttaa epäyhtenäisiä uurreleveyksiä, epätäydellistä leikkaamista samalla leikkausteholla tai jopa materiaalin ablaatiota.
