简单的光波导理论可通过射线光学进行研究，但是要对光波导器件进行设计，就一定要用到波动光学的理论。波动光学的理论基础即麦克斯韦方程组，它可以写成4个耦合的方程，其中两个标量方程，两个矢量方程。它可以写成积分和微分两种形式，其中自由空间光传播的微分形式如下：
式中，E，H，D，B，J和p分别代表电场强度、磁场强度、电位移矢量、密度和电荷密度。
电场强度E和磁场强度H与电位移矢量D和磁感应强度B的关系为
式中，σ是电导率（单位为s/m）。
式（4－53）被称为波方程，它描述了电磁波的传输特性。对光波导求解波方程可以用数学方法描述光波导的模式。电磁波理论在描述模场方面较射线光学更有优势，因为它不仅可以让我们清楚地看到模场，而且可以发现模场之间的联系。在光从一个光波导耦合到另一个光波导的过程中就可以充分地说明这一点。
显然，对于H的波方程也同理可得。
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