Электромагнитные волны возникают на границе между двумя средами, когда падающая волна (например, световой или радиоволновой) встречает интерфейс двух различных материалов с разными оптическими свойствами, такими как диэлектрическая проницаемость и проводимость. На этой границе происходит взаимодействие между падающей волной и атомами или молекулами в обеих средах, что приводит к явлениям отражения и преломления.

Процесс генерации волн на границе двух сред

Падение волны: Когда электромагнитная волна падает на границу между средами, она может быть частично отражена и частично преломлена.

Отражение: Часть энергии волны возвращается в первую среду. Это явление называется отражением. Угол отражения равен углу падения (закон отражения).

Преломление: Остальная часть волны проходит в другую среду. При этом волна меняет свое направление, что описывается законом Снеллиуса.

Расчет коэффициентов отражения и прохождения

Коэффициенты отражения (R) и прохождения (T) можно рассчитать с помощью соотношений, основанных на характеристиках сред, таких как их диэлектрические проницаемости (ε) и магнитные проницаемости (μ), или проще на их индексах преломления (n).

Для двух изотропных сред, имеющих разные индексы преломления n₁ и n₂, коэффициенты отражения и передачи для перпендикулярной поляризации (при падении волны на границу перпендикулярно ей) могут быть выражены следующим образом:

Коэффициент отражения:
[
R = \left| \frac{n_1 - n_2}{n_1 + n_2} \right|^2
]

Коэффициент прохождения:
[
T = \left| \frac{2n_1}{n_1 + n_2} \right|^2
]

При этом выполняется соотношение:
[
R + T = 1
]

Для параллельной поляризации (при падении волны под углом к нормали) формулы будут другими. Например:

Коэффициент отражения для параллельной поляризации:
[
R = \left| \frac{n_2 - n_1}{n_2 + n_1} \right|^2
]

Коэффициент прохождения:
[
T = \left| \frac{2n_2}{n_1 + n_2} \right|^2
]

Эти формулы показывают, как значения коэффициентов отражения и прохождения зависят от отношений между индексами преломления двух сред. Важно также учитывать возможность потерь, если одна из сред проводит электрический ток (например, металлы), что может усложнить расчеты, включая комплексные коэффициенты.