Оптические среды с квазинулевым показателем преломления. (Часть I. Отражение и преломление света на границе вакуум-оптическая среда с квазинулевым показателем преломления)

Актуальность и цели. В эффекте полного внутреннего отражения с детерминированными показателями преломления формируется волна, для которой поток энергии через границу отсутствует и вся энергия идет на отражение. В рассматриваемом же случае показатель преломления слоя не является фиксированной величиной, а представляется как непрерывная случайная величина, принимающая численные значения в интервале допустимых значений от нуля до некоторого предельного значения. Это означает, что понятие резкой границы раздела двух сред, на которой показатели преломления сред являются детерминированными величинами, исчезает и законы отражения и преломления света становятся нефренелевскими. В этом и есть принципиальное отличие рассматриваемого эффекта от эффекта полного внутреннего отражения на границе раздела двух сред с фиксированными показателями преломления. Материалы и методы. Отличительной особенностью рассматриваемой граничной задачи является то, что показатель преломления композитной среды обладает неопределенностью в интервале от нуля до некоторой величины $\Delta n$, определяемой экспериментально в спектрах отражения композитного слоя по расположению интерференционных минимумов. Результаты. Решена граничная задача, в которой плоская электромагнитная волна отражается и преломляется на плоской границе раздела двух сред, одна из которых является вакуумом, а другая полубесконечной прозрачной оптической средой с квазинулевым показателем преломления в широком диапазоне длин волн от 450 до 1100 нм. Выводы. На основе анализа экспериментальных спектров отражения и пропускания слоев из этих материалов сделан вывод о том, что эти материалы образуют новый класс композитных материалов с квазинулевым показателем преломления. Показано, что на границе раздела воздух - оптическая среда с квазинулевым показателем преломления должен наблюдаться эффект огибания светом плоской поверхности. Вследствие неопределенности показателя преломления среды в рассматриваемой граничной задаче граница раздела двух сред является неоднородной и законы отражения и преломления плоской волны становятся нефренелевскими. Выведены формулы для амплитуд отражения и преломления волны, отличающиеся от известных формул Френеля.