本发明公开了一种基于平面芯片的全内反射荧光显微镜系统，包括：像面探测器、成像管镜、550nm长通滤波片、空气物镜、平面芯片、532nm激发光光源。其中平面芯片由承载样品的盖玻片、控制光流的多层介质薄膜及提供大入射波矢的散射层组成。将未准直的激光光束入射到二氧化钛散射层上，散射光入射到平面芯片中的光子晶体，由光子晶体对入射的散射光的角度进行筛选，使大角度的光入射到盖玻片，激发其表面附近的荧光分子。被激发的荧光由空气物镜收集，经过550nm长通滤波片有效滤去激发光束，从而显微镜系统只收集荧光信号。本发明首次利用多层介质薄膜的带隙结构来实现全内反射荧光的激发，提高了荧光成像质量。