本发明涉及一种全介质超表面集成化拉曼光谱探测系统。该系统包括激光器、光纤、波导、纳米结构阵列、滤波片和超表面光谱仪，波导激发传输拉曼信号，纳米结构阵列设置在波导的上表面，纳米结构阵列提供强电磁场，将探测物分子悬浮设置在纳米结构阵列周围，探测物分子在强电磁场作用下发出拉曼信号，滤波片镀在波导输出端，滤波片将波导输出的泵浦光滤掉，超表面芯片光谱仪设置在滤波片的表面，超表面芯片光谱仪将滤波片滤掉入射光波段后的拉曼信号进行解析，得到探测物分子的各种光谱信息。本发明能够实现拉曼信号的激发、增强、采集在同一结构上同步进行，完成高度集成芯片化拉曼传感系统的目标。