光信号的探测分为直接探测和外差探测两种。直接探测是直接将包括信息的光信号，利用光电探测器的光电转换功能实现信息解调的探测方式，只响应光波功率的时变信息而不响应光波的相位信息，所以它仅适用于强度调制的信息检测。
而外差检测，又称相干检测。最初起源于无线电波和微波技术领域。其光外差探测是一种光频相干检测，是基于相干的参考光和入射信号光在光敏面上混频的原理实现的。
混频后产生的信号频率为信号频率与本振频率之和或差值，这一特性构成了外差检测的物理基础。
上图所示为典型的光学外差检测装置。通过合束器（或分束器）将两束光进行空间耦合，关键实现条件包括：
1. 使用合束器（或分束器）实现两光束的精确空间耦合；
2. 严格保证模式匹配。
需要强调的是，必须采用相干性好的激光器作光源，在接收信号光的同时加入本振光。本振光的频率与信号光频率极为接近，使本振光和信号光在光电探测器的光敏面上形成拍频信号
在光纤系统中，分束器被替换为光纤耦合器，且必须采用单模光纤（通常为保偏型），此时光纤的波导特性自然满足模式匹配需求，无需额外进行光学对准操作。
与射频领域不同，在光学外差检测中，光信号与本振波相互作用后产生的混频信号表现为电信号形式。同时，光电探测器输出的光电流遵循平方律响应特性，即与总光强（电场振幅平方）成正比。
当信号光与本振光功率及频率稳定时，光电流包含两个特征分量：
1.直流分量：幅值正比于本振功率（PLO）与信号功率（PS）之和;
2. 交流分量：以差频振荡（fbeat=fLO-fS）其振幅正比于两光场电场振幅的乘积。
值得注意的是，该振荡分量的电功率与信号光和本振光的光功率乘积保持正比关系。当采用高强度本振光时，即便输入信号光极其微弱，其生成的外差信号仍能显著强于直接检测信号。这种特性使外差检测在未引入光放大的前提下，即可实现有效的信号增益，这构成了该方法的核心技术优势。