本发明公开了一种基于数字相干接收机的光通信系统，包括激光发射模块，其发射的激光通过光信号调制延时处理模块连接光信号滤波模块的信号输入端，滤波模块的信号输出端通过光纤链路连接光信号处理模块的信号输入端，光信号处理模块的信号输出端连接集成相干机接收模块的信号输入端，本地光信号产生模块的信号输出端连接集成相干机接收模块的本地信号输入端。本发明还提供了一种上述光通信系统的输出信号的处理方法。本发明结构简单、无需光时钟恢复，可以使用自由运行的异步脉冲本地振荡器，并且可以自动地进行偏振补偿和偏振模补偿，实现信号的高速传输，减小电子损失，同时保证采样信号的精确性。本发明适用于比特率为400Gbps的以太网系统上，采用带宽为20GHz，采样率为50GHz的光通信系统。