本发明公开了一种基于时域的光学深度神经网络芯片，属于光计算技术领域。一种基于时域的光学深度神经网络芯片，包括依次连接的：光信号输入区、输入数据调制器区、卷积权重调制器区、第一光学非线性单元区、池化调制器区、全连接权重调制器区、第二光学非线性单元区、高速光电探测器区和时域积分器区。光学深度神经网络芯片包含了经典卷积神经网络中的卷积、池化以及全连接的三种功能，涵盖了深度网络中的输入层、隐藏层和输出层；利用多个光学非线性单元区级联实现多层深度光学神经网络，通过时间维度实现大规模高通量的光学计算。实现多层光学深度神经网络计算，适用于人工智能大模型训练、语义分割、图像识别和医疗仪器建模成像等光计算领域。