본 발명은 광 세기 변조(IM) 기법과 함께 편광 세기 회전 주파수 천이(PIRFSK) 기법으로 다차원 변조되어 전송된 수신 광 신호를 인가받아 광전 변환하여 전기적 신호인 검출 신호를 획득하는 광 검출부, 변조 시에 이용될 수 있는 모든 변조 주파수에 따른 다수의 주파수 신호 각각을 검출 신호와 합성하여 하향 변환함으로써 다수의 기저대역 신호를 획득하는 FSK 복조부, 다수의 기저대역 신호 각각을 I/Q 분할 및 정합 필터링하고, 정합 필터링된 다수의 I/Q 신호 중 서로 대응하는 I/Q 신호를 결합하여 다수의 결합 신호를 출력하는 세기 복조부 및 다수의 결합 신호의 최대값을 기반으로 광 세기 변조에 따라 변조된 제1 데이터를 복원하고, 최대값을 갖는 정합 신호에 적용된 주파수 신호의 주파수에 따라 PIRFSK 변조된 제2 데이터를 복원하는 신호 판별부를 포함하여, 단일 광 검출기만으로도 다차원 변조된 광 신호로부터 데이터를 복원할 수 있을 뿐만 아니라 광 커플러나 편광 분배기 등과 같은 광을 처리하기 위한 추가 구성 요소를 요구하지 않아 간단한 수신 구조를 가져 저비용으로 제조 가능한 광 수신 장치 및 방법을 제공한다.