Пове́рхностные опти́ческие во́лны (поверхностные поляритоны), электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль границы раздела двух различных сред. Электромагнитные поля этих волн локализованы вблизи границы и затухают при удалении от неё в обе стороны. Граница раздела сред может быть плоской или шероховатой. Напряжённости электрического ${\boldsymbol E}$ и магнитного ${\boldsymbol H}$ полей поверхностных оптических волн описываются уравнениями Максвелла с заданными граничными условиями. При распространении вдоль плоской границы (определяемой координатами ${x}$ и ${y}$) двух полубесконечных сред с зависящими от частоты $\omega$ диэлектрическими проницаемостями ${ε_1}$ и ${ε_2}$ поверхностная оптическая волна является частично продольной электромагнитной волной с вектором ${\boldsymbol H}$, перпендикулярным направлению её распространения и лежащим в плоскости поверхности. Вектор ${\boldsymbol E}$ имеет две составляющие, одна из которых параллельна направлению распространения волны, т. е. двумерному волновому вектору ${\boldsymbol k_s}$, а вторая компонента перпендикулярна поверхности. Каждая из компонент ${A}$ векторов напряжённости электрического и магнитного полей на частоте $\omega$ для плоской поверхностной оптической волны, распространяющейся в направлении ${x}$, имеет вид: $${A=A_0\exp(±γ_{1,2}z)\exp[i(\boldsymbol{k_s}x-ωt)],} \tag{1}$$где ${A_0}$ – амплитуда соответствующей компоненты, ${γ_{1,2}\gt 0}$ – коэффициент затухания в средах $1$ и $2$; знак плюс относится к первой среде (${z\leqslant 0}$), знак минус – ко второй среде (${z\geqslant 0}$). Волновой вектор поверхностной оптической волны удовлетворяет дисперсионному соотношению

$${\boldsymbol{k_s}=\boldsymbol{k_0}\sqrt{ε_1ε_2/(ε_1+ε_2)}}, \tag{2}$$где ${\boldsymbol{k_0}=ω/c}$, ${c}$ – скорость света в вакууме. Коэффициенты затухания определяются как ${γ_1=\boldsymbol{k_s}\sqrt{-ε_1/ε_2}}$ и ${γ_2=\boldsymbol{k_s}\sqrt{-ε_2/ε_1}}$. Из условия положительности величин $\boldsymbol{k_s}$, ${γ_1}$ и ${γ_2}$ следует, что поверхностные оптические волны могут возникать только на границе раздела сред, диэлектрические проницаемости которых имеют противоположные знаки. Например, если ${ε_1=0}$, то ${ε_2\lt 0}$ и ${∣ε_2∣\gt ε_1}$. В этом случае вторую среду называют поверхностно-активной средой (ПАС). Поверхностные оптические волны обычно возбуждаются на границе ПАС с воздухом или с прозрачным диэлектриком. Если в качестве ПАС используется металл или сильнолегированный полупроводник, то условия возникновения поверхностных оптических волн выполняются в области аномальной дисперсии диэлектрической проницаемости. Эта область занимает инфракрасный и видимый диапазоны частот, ограниченные сверху частотой поверхностного плазмона ${ω_{ps}}$, поскольку для частот ${ω⩾ω_{ps}}$ поверхностно-активный материал становится прозрачным и поверхностные оптические волны не возбуждаются.

Поверхностные оптические волны могут возбуждаться на поверхности полупроводников и диэлектриков в среднем ИК-диапазоне, если их частоты попадают в область между частотами продольного и поперечного оптических фононов. В этой области диэлектрическая проницаемость материалов обладает аномальной дисперсией. Такие волны часто называют фононными поляритонами. Поверхностные оптические волны могут существовать также в частотной области, соответствующей экситонному поглощению полупроводников. В этом случае они называются экситонными поляритонами. Разработано несколько эффективных методов возбуждения поверхностных оптических волн светом: призменный, решёточный, а также метод возбуждения с помощью краевых диафрагм. Поверхностные оптические волны видимого и инфракрасного диапазонов широко используются для прецизионной диагностики параметров поверхности и в оптической микроскопии сверхвысокого разрешения. Поверхностные оптические волны терагерцевого диапазона могут применяться в схемотехнике и транспортировке излучения.

Картина поведения поверхностных оптических волн на поверхности с шероховатым или периодически модулированным рельефом значительно усложняется по сравнению с рассмотренной выше. В этом случае поверхностные оптические волны возбуждаются при любых значениях диэлектрических проницаемостей ${ε_1(ω)}$ и ${ε_2(ω)}$ (металлы, диэлектрики, полупроводники). При ${|ε_2(ω)|}$ $\circ$ ${|ε_1(ω)|}$ могут возбуждаться как резонансные, так и нерезонансные поверхностные оптические волны. При оптимальных условиях возбуждение резонансных волн сопровождается эффектами полного подавления зеркального отражения и $100 \, \%$-ного поглощения света поверхностью при глубине модуляции поверхностного рельефа, много меньшей длины волны падающего излучения. При этом амплитуды резонансных поверхностных оптических волн в $15–20$ раз превышают амплитуду падающей электромагнитной волны. Это ведёт к гигантскому усилению нелинейных оптических процессов, происходящих вблизи поверхности.