Отражение и преломление плоских волн на границе раздела изотропных сред
Рассмотрим простое падение плоской электромагнитной волны на границу раздела двух изотропных сред, характеризующихся параметрами
. Векторы напряженности электромагнитного поля такой волны зависят от времени и радиус-вектора:

где
― вектор рефракции,
,
― показатель преломления среды,
― задает направление распространения волны.
Граничные условия:

Полагаем, что поверхностная плотность зарядов и токов равны нулю,
и
относятся соответственно к первой и второй средам.

Из этих соотношений и из соотношения
находим:

Так как векторные амплитуды
и
постоянны, то
― линейное соотношение между экспоненциальными функциями, которые должны выполняться во всех точках границы раздела в любой промежуток времени. Но эти экспоненты с различными показателями линейно независимы. Значит, соотношение
будет выполняться только при:



Перепишем выражение
в виде:

Выражение
справедливо только в точках границы, то есть при условии

Сравнивая
и
и учитывая, что в пределах границы
― произвольный вектор, запишем выражение
,
которое можно переписать в виде:

Умножая
и учитывая, что
1

― это оператор проектирования на плоскость границы раздела. Видим, что
и
лежат в одной плоскости, перпендикулярной
, а также имеют одну и ту же проекцию на границу раздела:

При этом
(
(1
)
)
Соотношения
и
позволяют записать геометрические законы отражения и преломления в форме:

Пусть
― отражение и преломление



Из
,
и
получим:

Введем понятие поверхностного импеданса
плоской волны, по определению связывающее векторы
:

В изотропной среде:

Учитывая, что
, где 



где
― псевдообратный к оператору
, то есть такой, что

― обратного не существует
Из
находим:

Исключая отсюда
, находим




где
― тангенциальная составляющая

Аналогично исключая
:


Подставляя
в
и
и учитывая, что
,
, получим:

где 
Для полных напряженностей поля, чтобы найти операторы
и
, воспользуемся условием ортогональности:


Умножая
на собственный вектор
и учитывая, что

с помощью
находим, что

Учитывая, что
, из
и
находим:

Окончательно формулы примут следующий вид

и
― операторы отражения и пропускания для полных векторов.