直接检测光接收机应用于强度调制直接检测系统中，由光放大器、单端光探测器、模数转换器和数字信号处理模块构成。在强度调制直接检测系统中，信息在发射机被加载在激光的强度上，经光纤传输后，光信号被直接检测光接收机接收。在接收端，光信号首先经过光放大器放大，获得合适的光功率，然后在单端光探测器中进行光电转换，信息从光信号的强度近似线性地转换到电信号的强度上。模数转换器将模拟电信号转换成数字信号，并输入到后端数字信号处理芯片中。数字信号处理芯片一般会先执行信道均衡算法，补偿整个链路的损伤，然后对均衡后的信号进行解调，以恢复出原始的数据序列。

与相干检测光接收机相比，直接检测光接收机具有硬件结构简化、接收机尺寸小、数字信号处理算法简单，对一些简单码型甚至不需要模数转换器和数字信号处理芯片，有效地降低了系统的功耗。其缺点为系统损伤不易补偿，造成传输距离有限，而且系统容量较低。所以强度调制直接检测系统只在激光的一个维度上调制了信息。虽然直接检测光接收机也可以进行偏振复用和解复用，但是需要额外的硬件实现，而且接收端一般需要主动偏振追踪装置，增加了系统成本。

21世纪初，人们广泛研究了可以解调多维调制信号的直接检测光接收机及其数字信号处理算法，以充分拓展传输距离与容量，同时降低直接检测系统的成本和功耗。