Published January 2, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

Spectroscopic and imaging considerations of THz-TDS and ULF-Raman techniques towards practical security applications

Creators

  • 1. Indian Institute of Technology Delhi
  • 2. University of Queensland

Description

Nitrogen-containing high-energy organic compounds represent a class of materials with critical implications in various fields, including military, aerospace, and chemical industries. The precise characterization and analysis of these compounds are essential for both safety and performance considerations. Spectroscopic characterization in the far-infrared region has great potential for non-destructive investigation of high energetic and related compounds. This research article presents a comprehensive study of common organic energetic materials in the far-infrared region (5-200 cm-1), aiming to enhance security measures through the utilization of cutting-edge spectroscopic techniques. Broadband terahertz time-domain spectroscopy and ultra-low frequency Raman spectroscopy are employed as powerful tools to probe the vibrational and rotational modes of various explosive materials. One of the key objectives of this present work is unveiling the characteristic spectral features and optical parameters of five common nitrogen based high energy organic compounds towards rapid and accurate identification. Further, we have explored the potential of terahertz reflection imaging for non-contact through barrier sensing, a critical requirement in security applications. Based on the spectral features obtained from the spectroscopic studies and using advanced imaging algorithms we have been able to detect these compounds under various barriers including paper, cloth, backpack, etc. Subsequently, this study highlights the capabilities of the two techniques offering a pathway to enhance their utility over a wide range of practical security applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تمثل المركبات العضوية عالية الطاقة المحتوية على النيتروجين فئة من المواد ذات الآثار الحرجة في مختلف المجالات، بما في ذلك الصناعات العسكرية والفضائية والكيميائية. يعد التوصيف الدقيق لهذه المركبات وتحليلها أمرًا ضروريًا لاعتبارات السلامة والأداء. يتمتع التوصيف الطيفي في منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة بإمكانات كبيرة للتحقيق غير المدمر للمركبات عالية الطاقة والمركبات ذات الصلة. تقدم هذه المقالة البحثية دراسة شاملة للمواد العضوية النشطة الشائعة في منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة (5-200 سم -1)، بهدف تعزيز التدابير الأمنية من خلال استخدام التقنيات الطيفية المتطورة. يتم استخدام مطيافية النطاق الزمني عريضة النطاق تيراهيرتز ومطيافية رامان ذات التردد المنخفض للغاية كأدوات قوية للتحقق من أوضاع الاهتزاز والدوران لمختلف المواد المتفجرة. يتمثل أحد الأهداف الرئيسية لهذا العمل الحالي في الكشف عن السمات الطيفية المميزة والمعلمات البصرية لخمسة مركبات عضوية عالية الطاقة قائمة على النيتروجين من أجل التحديد السريع والدقيق. علاوة على ذلك، استكشفنا إمكانات تصوير انعكاس تيراهرتز لعدم الاتصال من خلال استشعار الحاجز، وهو مطلب بالغ الأهمية في التطبيقات الأمنية. استنادًا إلى الميزات الطيفية التي تم الحصول عليها من الدراسات الطيفية وباستخدام خوارزميات التصوير المتقدمة، تمكنا من اكتشاف هذه المركبات تحت حواجز مختلفة بما في ذلك الورق والقماش وحقيبة الظهر وما إلى ذلك. وفي وقت لاحق، تسلط هذه الدراسة الضوء على قدرات التقنيتين اللتين توفران مسارا لتعزيز فائدتهما على مجموعة واسعة من التطبيقات الأمنية العملية.

Translated Description (French)

Les composés organiques à haute énergie contenant de l'azote représentent une classe de matériaux aux implications critiques dans divers domaines, notamment les industries militaire, aérospatiale et chimique. La caractérisation et l'analyse précises de ces composés sont essentielles à la fois pour des considérations de sécurité et de performance. La caractérisation spectroscopique dans la région de l'infrarouge lointain a un grand potentiel pour l'étude non destructive des composés à haute énergie et apparentés. Cet article de recherche présente une étude complète des matériaux énergétiques organiques courants dans la région de l'infrarouge lointain (5-200 cm-1), visant à améliorer les mesures de sécurité grâce à l'utilisation de techniques spectroscopiques de pointe. La spectroscopie dans le domaine temporel térahertz à large bande et la spectroscopie Raman à ultra-basse fréquence sont utilisées comme outils puissants pour sonder les modes vibratoires et rotationnels de divers matériaux explosifs. L'un des objectifs clés de ce présent travail est de dévoiler les caractéristiques spectrales et les paramètres optiques de cinq composés organiques à haute énergie à base d'azote courants en vue d'une identification rapide et précise. En outre, nous avons exploré le potentiel de l'imagerie par réflexion térahertz pour le sans contact par détection de barrière, une exigence critique dans les applications de sécurité. Sur la base des caractéristiques spectrales obtenues à partir des études spectroscopiques et à l'aide d'algorithmes d'imagerie avancés, nous avons pu détecter ces composés sous diverses barrières, notamment le papier, le tissu, le sac à dos, etc. Par la suite, cette étude met en évidence les capacités des deux techniques offrant une voie pour améliorer leur utilité sur un large éventail d'applications de sécurité pratiques.

Translated Description (Spanish)

Los compuestos orgánicos de alta energía que contienen nitrógeno representan una clase de materiales con implicaciones críticas en diversos campos, incluidas las industrias militar, aeroespacial y química. La caracterización y el análisis precisos de estos compuestos son esenciales tanto para la seguridad como para el rendimiento. La caracterización espectroscópica en la región del infrarrojo lejano tiene un gran potencial para la investigación no destructiva de compuestos de alta energía y relacionados. Este artículo de investigación presenta un estudio exhaustivo de materiales energéticos orgánicos comunes en la región del infrarrojo lejano (5-200 cm-1), con el objetivo de mejorar las medidas de seguridad mediante la utilización de técnicas espectroscópicas de vanguardia. La espectroscopia de dominio de tiempo de terahercios de banda ancha y la espectroscopia Raman de frecuencia ultrabaja se emplean como herramientas poderosas para sondear los modos de vibración y rotación de varios materiales explosivos. Uno de los objetivos clave de este trabajo es dar a conocer los rasgos espectrales característicos y los parámetros ópticos de cinco compuestos orgánicos comunes de alta energía basados en nitrógeno para una identificación rápida y precisa. Además, hemos explorado el potencial de las imágenes de reflexión de terahercios para la ausencia de contacto a través de la detección de barrera, un requisito crítico en las aplicaciones de seguridad. En base a las características espectrales obtenidas de los estudios espectroscópicos y utilizando algoritmos avanzados de imagen hemos podido detectar estos compuestos bajo diversas barreras incluyendo papel, tela, mochila, etc. Posteriormente, este estudio destaca las capacidades de las dos técnicas que ofrecen una vía para mejorar su utilidad en una amplia gama de aplicaciones prácticas de seguridad.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الاعتبارات الطيفية والتصويرية لتقنيات THz - TDS و ULF - Raman نحو التطبيقات الأمنية العملية
Translated title (French)
Considérations spectroscopiques et d'imagerie des techniques THz-TDS et ULF-Raman pour des applications de sécurité pratiques
Translated title (Spanish)
Consideraciones espectroscópicas y de imagen de las técnicas THz-TDS y ULF-Raman hacia aplicaciones prácticas de seguridad

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4388829701
DOI
10.1364/oe.507941

Is supplement to
https://openalex.org/W627696368 (Other)
https://openalex.org/W4280652885 (Other)
https://openalex.org/W2538864173 (Other)
https://openalex.org/W2468793055 (Other)
https://openalex.org/W2390524628 (Other)
https://openalex.org/W2383257194 (Other)
https://openalex.org/W2360372803 (Other)
https://openalex.org/W2358713426 (Other)
https://openalex.org/W2134017570 (Other)
https://openalex.org/W2061571732 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W2017405680
  • https://openalex.org/W2023267886
  • https://openalex.org/W2058602005
  • https://openalex.org/W2076182611
  • https://openalex.org/W2079595805
  • https://openalex.org/W2080596738
  • https://openalex.org/W2101622643
  • https://openalex.org/W2113615483
  • https://openalex.org/W2137278545
  • https://openalex.org/W2157088969
  • https://openalex.org/W2277791312
  • https://openalex.org/W2333760654
  • https://openalex.org/W2410478998
  • https://openalex.org/W2785649209
  • https://openalex.org/W2883944603
  • https://openalex.org/W2887230007
  • https://openalex.org/W2897882963
  • https://openalex.org/W3003623279
  • https://openalex.org/W3048459633
  • https://openalex.org/W3084747585
  • https://openalex.org/W3099667404
  • https://openalex.org/W3153382281
  • https://openalex.org/W3154839757
  • https://openalex.org/W3213003434
  • https://openalex.org/W4206245149
  • https://openalex.org/W4280634418
  • https://openalex.org/W4282033174
  • https://openalex.org/W4306146745
  • https://openalex.org/W4306711432
  • https://openalex.org/W4382559935