地球大气湍流使入射到地基望远镜的星光波前发生畸变，从而大幅降低了望远镜的实际分辨率，自适应光学是改善这一问题的重要手段（见自适应光学），自适应光学通过实时检测和校正大气湍流引起的波前像差，从而使成像质量得到改善，甚至达到望远镜衍射极限。自适应光学系统包括三部分：波前传感器，波前控制器和变形镜。波前传感器测量从科学目标或其附近的参考星来的光学波前误差，然后波前控制器把检测到的波前畸变信息转化成变形镜的控制信号，变形镜快速校正波前畸变，实现对光学波前的闭环控制，从而在像面上形成清晰的目标像。自适应光学要求参考星较亮，一般亮于13等，在很多情况下难以在科学目标附近找到足够的亮源。解决这一问题的有效方法是采用人造导星，亦称为激光导引星。激光导引星主要分为钠导星和瑞利导星，钠导星通过发射波长为589.2纳米的激光激发大气中间层存在的钠原子发光以提供信标，发射高度约90千米，瑞利导星依靠激光与较低大气层内的分子的瑞利散射产生信标，发射高度约10千米。1981年研究人员提出向天空中发射一束聚焦激光束并观察其后向散射光。1983年，美国空军的菲利普斯武器实验室在新墨西哥州的星火光学靶场首次对后向瑞利散射激光信标进行了研究。1984年，林肯实验室在夏威夷莫纳克亚岛上进行了首次钠层激光导引星试验。配备能够常规运行的钠激光导引星系统的望远镜及天文台有甚大望远镜（VLT）、凯克望远镜（Keck）、双子座望远镜（Gemini）；利克天文台、帕洛马山天文台等。已经常规运行的瑞利激光导引星系统的台站有：南方天体物理研究望远镜（SOAR），多镜面望远镜（MMT），赫歇尔望远镜（WHT）等。世界上绝大多数主要望远镜和计划中的极大望远镜项目，如30米望远镜（TMT），欧洲极大望远镜（E-ELT），大麦哲伦望远镜（GMT）等也在极力推动激光导引星技术的发展。最早将激光导引星技术运用于天文观测的科学家之一H.弗里德曼（Herb Friedman）曾说“当激光导引星系统与自适应光学系统结合，从而使世界最大的望远镜得以升级之后，地基望远镜的最终分辨率将比哈勃望远镜高3到4倍。天文学家将能以过去从未有过的极高清晰度观察遥远的宇宙”。