本发明公开一种实现藻液内外循环的光生物反应器，包括低位平板光生物、高位平板光生物反应器、中位光生物反应器及外循环管，其中：所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反应器的内侧通过所述中位光生物反应器连通；所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反应器的外侧通过所述外循环管道连通；所述高位平板光生物反应器设有通气管路；所述低位平板光生物反应器设置有两组通气管路，其中一组位于低位平板光生物反应器底部，另一组靠近所述低位平板光生物反应器的上表面。本发明提出一种新型耦合式光生物反应器培养系统，其结合平板光生物反应器和垂直管式光生物反应器各自的优势，可实现高附加值微藻的低成本高密度培养。