Binary holography has been applied with fast switching digital masks, e.g., digital micromirror device (DMD), to modulate light in recent years for a wide range of optical and scientific applications, such as trapping of cold atoms and 3D random-access two-photon fluorescence microscopy. However, the binarized modulation errors associated with the effect of discrete sampling, finite pixels, and intrinsic noises of algorithms have yet to be systematically investigated. In this paper, we present the development of an analytical model for a general binary mask with finite pixels. The model has established a deterministic link between the quality of the reconstructed wavefront to important parameters of the binary mask, including pixel size, pixel geometry, fill factor, and aperture. Based on the model, three case studies are presented, including (1) beam shaping, (2) 3D random-access scanning, and (3) multi-focus generation based on binary masks. The results show the model can precisely predict the wavefront distortion, power efficiency, position accuracy, and intensity uniformity for multi-focus generation as a function of binary mask parameters. As digital systems are highly repeatable, the predicted errors, e.g., position errors, can be compensated by adding appropriate phase to the designed holograms. The model and the simulation results may provide useful guidance to select appropriate binary devices and optimization algorithms for specific optical engineering applications, e.g., nanofabrication or nonlinear microscopy.

近年来，二进制全息技术已与快速切换的数字掩模一起应用，例如数字微镜器件（DMD），以调制光，用于各种光学和科学应用，例如捕获冷原子和3D随机访问两光子。荧光显微镜。但是，与离散采样，有限像素和算法固有噪声相关的二值化调制误差有待系统研究。在本文中，我们介绍了具有有限像素的通用二进制蒙版分析模型的开发。该模型在重建的波前质量与二进制蒙版的重要参数（包括像素大小，像素几何形状，填充因子和孔径）之间建立了确定性联系。基于该模型，提出了三个案例研究，包括（1）光束整形，（2）3D随机访问扫描和（3）基于二进制掩码的多焦点生成。结果表明，该模型可以精确预测波前畸变，功率效率，位置精度和强度均匀性，以作为二进制掩模参数的函数进行多焦点生成。由于数字系统具有高度可重复性，因此可以通过在设计的全息图中添加适当的相位来补偿预测误差，例如位置误差。该模型和仿真结果可为选择合适的二元设备和针对特定光学工程应用（例如，纳米加工或非线性显微镜）的优化算法提供有用的指导。结果表明，该模型可以精确预测波前畸变，功率效率，位置精度和强度均匀性，以作为二进制掩模参数的函数进行多焦点生成。由于数字系统具有高度可重复性，因此可以通过在设计的全息图中添加适当的相位来补偿预测误差，例如位置误差。该模型和仿真结果可为选择合适的二元设备和针对特定光学工程应用（例如，纳米加工或非线性显微镜）的优化算法提供有用的指导。结果表明，该模型可以精确预测波前畸变，功率效率，位置精度和强度均匀性，以作为二进制掩模参数的函数进行多焦点生成。由于数字系统具有高度可重复性，因此可以通过在设计的全息图中添加适当的相位来补偿预测误差，例如位置误差。该模型和仿真结果可为选择合适的二元设备和针对特定光学工程应用（例如，纳米加工或非线性显微镜）的优化算法提供有用的指导。可以通过在设计的全息图中添加适当的相位来进行补偿。该模型和仿真结果可为选择合适的二元设备和针对特定光学工程应用（例如，纳米加工或非线性显微镜）的优化算法提供有用的指导。可以通过在设计的全息图中添加适当的相位来进行补偿。该模型和仿真结果可为选择合适的二元设备和针对特定光学工程应用（例如，纳米加工或非线性显微镜）的优化算法提供有用的指导。