簡(jiǎn)單的光波導(dǎo)理論可通過(guò)射線光學(xué)進(jìn)行研究，但是要對(duì)光波導(dǎo)器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，就一定要用到波動(dòng)光學(xué)的理論。波動(dòng)光學(xué)的理論基礎(chǔ)即麥克斯韋方程組，它可以寫成4個(gè)耦合的方程，其中兩個(gè)標(biāo)量方程，兩個(gè)矢量方程。它可以寫成積分和微分兩種形式，其中自由空間光傳播的微分形式如下：

　　式中，E，H，D，B，J和p分別代表電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、電位移矢量、密度和電荷密度。

　　電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁場(chǎng)強(qiáng)度H與電位移矢量D和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系為

　　式中，σ是電導(dǎo)率（單位為s/m）。

　　式（4－53）被稱為波方程，它描述了電磁波的傳輸特性。對(duì)光波導(dǎo)求解波方程可以用數(shù)學(xué)方法描述光波導(dǎo)的模式。電磁波理論在描述模場(chǎng)方面較射線光學(xué)更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗粌H可以讓我們清楚地看到模場(chǎng)，而且可以發(fā)現(xiàn)模場(chǎng)之間的聯(lián)系。在光從一個(gè)光波導(dǎo)耦合到另一個(gè)光波導(dǎo)的過(guò)程中就可以充分地說(shuō)明這一點(diǎn)。

　　顯然，對(duì)于H的波方程也同理可得。

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