1988年，张杰前往德国马普学会量子光学所深造，后来又去了英国牛津大学卢瑟福实验室从事科研工作，“因为那里有当时世界上最大的激光装置”。就是在卢瑟福实验室，他做出了世界上最短波长——5.8纳米波长的X射线激光。
X射线激光对于生命科学、生物医学和材料科学等很多学科的创新研究有着十分重要的价值，而X射线的2.2纳米到4.4纳米波段，是所谓的“水窗”波段——在这一波段，X射线的全息成像最清晰。多年来，科学家们为了实现“水窗”波段的饱和X射线激光输出，做着不懈努力，但由于可见激光产生的高温高密等离子体的条件十分复杂，加上在更短波长上产生激光辐射的本征物理困难，饱和X射线激光的输出一直徘徊在长于15纳米的波长范围。张杰领导的研究团队通过大幅度提高能量转换效率和减少等离子体对X射线激光折射等方法，在14纳米到5.8纳米波长范围内的多个波长上成功实现了X射线激光的饱和输出，解决了走向“水窗”的主要难题，在国际上产生了很大影响。