利用三阶非线性光学过程来探测太赫兹波的方式有多种，其中包括测量由太赫兹波引起探测光束的偏振变化，以及测量由空气中太赫兹波和光学探测光束相互作用而产生的二次谐波等。前者需要两路探测光束：一束为基频；另一束为二次谐波频率。第二种探测方式由于所探测的光信号频率不同于探测脉冲本身的频率，因而可以避免背景光的干扰，从而能探测到很弱的信号。探测激光与太赫兹脉冲共线聚焦于一点，用光电倍增管探测在光束焦斑（空气等离子体）处太赫兹场诱导的二次谐波的强度信号。当探测光能量较弱时，由于测量到的二次谐波信号只与太赫兹的强度成比例，所以通过测量探测光二次谐波的强度只能获得太赫兹波的强度信息是非相干探测。当探测光峰值功率远高于空气等离子体产生阈值时，会产生空气等离子体，其所产生的白光光谱中的二次谐波频率成分被引入作为本地振荡器，就可以实现太赫兹波的相干测量。在探测脉冲的峰值功率密度被固定时，探测器所探测到的二次谐波信号的强度与太赫兹波的电场强度成比例，即。

另一个宽带太赫兹探测方法为太赫兹空气偏压相干探测，该探测方法将一对线状电极放置在探测光产生的空气等离子体附近，电极上施加的偏置电压与飞秒激光的重复频率同步，实现固有的相干探测。太赫兹波电场和外加偏置电场产生的二次谐波通过两个窄带滤波片后被光电倍增管接收进行探测。由于空气中水蒸气对高频太赫兹波有强烈的吸收，此系统需要充高纯氮气以排除太赫兹波传输路径中的水蒸气对探测的干扰。该探测方法可以达到50～100太赫兹的宽带太赫兹测量，可以轻松达到我们的实验和应用要求。