随着光电子技术的快速发展与日趋成熟,使得研发出一种光子神经元成为了可能,光子神经元的各种典型特征与生物神经元十分相似。两者的主要区别在于生物神经元的性质只要由生物内化学物质决定,而光子神经元则是受光学设备内光源的特性影响。在运算速度上,光子神经元也具有十足的优势,其速度是生物神经元的百万乃至十亿倍,这一惊人的发现是其他人工神经元无法比拟的,还可以实现传统的数字或模拟光计算无法完成的复杂计算任务。针对传统神经元信息处理速度慢等的局限性,逐渐提出将光子处理技术引入到类神经元研究中。由于光子具有高速、高带宽和低能耗和高度并行的特点,因此适合应用于密度大、基于脉冲的超快处理网络。目前的光学神经元也面临着一些问题,特别是集成度低、功耗高、与CMOS集成工艺所需的硅材料不兼容等问题。而硅和与硅兼容的材料制备的硅光子器件能够产生类似于神经元特性的光子脉冲,并且优于电子类神经网络硬件系统,在将来光子神经网络系统中可能占有重要地位。本论文主要对基于硅光子晶体微腔的类神经元光脉冲输出研究进行了讨论和性能仿真,主要内容可概括如下:（1）对人工神经网络的基本情况进行了简要描述,讨论有关人工神经元相关的基础知识以及电子神经元和光子神经元的发展态势。概述了硅基光子学的相关理论基础,并对其研究现状和应用前景进行了简要的介绍。另外引出了光子晶体的基本概况,以及光子晶体微腔的研究背景和最新的研究进展,并对其基本理论以及相关的数值计算方法进行简单论述。（2）提出了具有高品质因数的硅光子晶体微腔,对其设计原理,理论背景知识,计算方法进行了介绍;描述基于硅光子晶体微腔的COMSOL Multiphysics模拟仿真,对硅基光子晶体微腔的电场和位移场模式、相关参数进行了理论分析,在谐振波长1550.4nm处光子晶体微腔能产生1.76×10~6的高品质因子。其次提出了基于硅光子晶体微腔的脉冲输出的理论模型,在合适的参数设置条件下,通过调节外部的注入光源强度,观察到微腔内较强的电场局域性,从而产生非线性效应。通过自由载流子吸收、热光效应、双光子吸收等非线性的调制,引起机械振荡和自发振荡,使得微腔中输出类神经元光脉冲。（3）首先介绍了硅光子微腔芯片的具体制备流程,以SOI为制备平台,制备出硅光子晶体微腔芯片。该芯片的尺寸约20μm,在谐振波长为1572.8nm处品质因数为54300,亚波长的模式体积为0.051(λ/nair)~3。芯片的制备为接下来的基于硅光子晶体微腔的类神经元光脉冲输出研究提供了基础。提出了一种基于硅光子晶体微腔的脉冲神经元输出系统的方案:该方案的基本原理是在硅基光子晶体微腔结构中通过微机械谐振器的调制作用,使系统最终输出对应的类神经元光脉冲。我们证明光脉冲具有神经脉冲的所有典型特征,包括四个阶段:激发态,绝对不应期,相对不应期（Ⅰ）和相对不应期（Ⅱ）.。尖峰脉冲宽度只有大约4ns,比典型的生物神经元脉冲快一百万倍。与传统的神经元方案相比,我们的光学微腔芯片尺寸已达到约20μm,是非常快速的处理网络。特别是在硅材料上类神经元脉冲的实现,具有与CMOS工艺的自然兼容性以及良好的集成可扩展性。