本发明公开了一种气溶胶微弱拉曼光谱信号探测装置及其应用方法。所述装置包括计算机、空间光调制器单元、光镊单元、气溶胶样品室、气溶胶样品室环境条件调控单元和光谱仪单元。所述应用方法：将全息图加载到空间光调制器单元；打开光镊单元的激光器，在气溶胶样品室内形成光阱阵列；向气溶胶样品室喷入待测气溶胶；光阱阵列捕获多个气溶胶；调控气溶胶样品室环境条件的相对湿度；将多个气溶胶的拉曼光谱信号收集到光谱仪单元。本发明利用空间光调制器在气溶胶样品室内形成光阱阵列，同时捕获多个气溶胶，将多个气溶胶的拉曼光谱信号同时收集到光谱仪单元，提高气溶胶微弱拉曼光谱信号的探测性能，可实现气溶胶微弱拉曼光谱信号的高分辨率探测。