沒有光學系統，co2激光打標機是無法正常工作的。針對激光打標機工作方式的不同，光學系統也是各式各樣的，當他們都包括擴束鏡（使激光器發出的激光束直徑變大并縮小激光束的發散角X光學聚焦透鏡（使作用在工件表面的激光光斑直徑盡可能變小）和反射鏡（用以改變激光束的方向X一個70W的連續激光器所發出的光能與一個70W的普通燈泡所發出的光能是差不多的。
普通燈泡是被設計為用來照明的，它發出的光線是向四面八方照射的，與燈泡不同的是co2激光打標機激光器發出的光線集中在一個很小的范圍。所以激光的能量密度（單位面積上的能量）遠遠大于燈泡的能量密度的。
co2激光打標機打標效果決定于工件表面所承受的能量密度，而不是激光的功率。為了能夠很好地逬行激光打標，必須進一步提高激光的能量密度。這有兩個方法：一個是提高激光器的激光輸出功率般地說這是困難或得不償失的；還有一個方法是將激光器發出的激光束逬一步變細，這需要一套光學系統。使激光束變細是很簡單的，只需有一個聚焦透鏡將激光束聚焦到一個很小的點。
co2激光打標機激光器發出的激光并不是理想的平行光，它有一個很小的發散角，這一很小的發散角會影響到聚焦透鏡的聚焦效果。所以在聚焦透鏡之前要有—個擴束鏡用以壓低光束的發散角。擴束鏡除了可以壓低光束的發散角外，還可以擴大激光輸出光束的直徑。我們知道，聚焦后光斑的大小取決于入射光束直徑和聚焦透鏡的焦距：入射光束直徑越大，聚焦后光斑直徑越小。
入射光束直徑的增大，還可以降低co2激光打標機光路中使激光光束改變方向的反射鏡上的激光能量密度，保證了反射鏡在長時間工作時不被激光束燒壞。按照聚焦透鏡在光路中相對于反射鏡所處的位置，可以分為前聚焦和后聚焦兩種方式。
