本发明涉及光子神经网络技术领域，公开了一种多维复用技术的光子神经网络及实现方法，包括如下步骤：激光器产生脉冲光，输入到多维复用模块中，经过模式、纤芯和波长的复用后，光脉冲由于色散效应在时间上得到展宽，再通过解复用器后传递至光子神经网络中，光子神经网络先完成矩阵的乘法运算，接着完成神经网络的求和运算，经过运算后的光最后由光电二极管接收；通过引入模式、纤芯空间维度，为光子神经网络提供更多的空间自由度，使得光子神经网络中神经元之间的串行计算转变为并行计算，大幅提高光子神经网络的运行速度，减少系统的硬件需求，进而减少系统的体积，提升系统的整体稳定性，能够实现对手写数字识别等数据集以实现图片的分类任务。